Durante años, los investigadores han estado tratando de encontrar formas de hacer crecer un nanoalambre óptimo, utilizando cristales con capas perfectamente alineadas a lo largo del cable.

Un equipo de investigadores de ingeniería de Nebraska:Peter Sutter, Eli Sutter y Shawn Wimer:ven una ventaja en la imperfección natural.

A través de su investigación, destacado en una carta publicada en la edición del 22 de abril de la revista Naturaleza , El grupo descubrió que un defecto, una dislocación de un tornillo, que ocurre en el proceso de crecimiento, hace que las capas de cristales roten a lo largo de un eje a medida que se forman. Este defecto crea giros que dan ventajas a estos nanocables, particularmente en electrónica y emisión de luz.

"En nanocables en capas, básicamente tenemos una nueva arquitectura que implementa un giro de cristal entre materiales bidimensionales, "dijo Peter Sutter, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Adoptamos el enfoque de que puede (o) hacer esas estructuras de muaré retorcidas o hacer que se hagan ellas mismas, y cuando dejamos que los cables hagan el trabajo por sí mismos, la naturaleza introduce este defecto, un giro."

Típicamente, Los materiales con interfaces retorcidas se crean artificialmente a partir de dos cristales 2-D atómicamente delgados. Cuando estos cristales se colocan cuidadosamente uno encima del otro, una pequeña rotación entre ellos, un giro entre capas, produce un efecto muaré, o un patrón de latido que cambia con el ángulo de torsión y es mucho mayor que el espaciado de los átomos en el material. El movimiento de los electrones en este patrón de latidos puede causar nuevos fenómenos, como superconductividad o cambios sistemáticos en el color de la luz emitida.

El equipo de Sutters adoptó un enfoque diferente para realizar estos giros al cultivar nanocables que constan de capas bidimensionales. Tomaron pequeñas partículas de oro los calentó y los inundó con un vapor de sulfuro de germanio. A altas temperaturas, las partículas de oro se fundieron y alearon con el sulfuro de germanio.

"En algún momento, se satura y no puede absorber más. Entonces tiene una opción:no absorber más y dejar que una película crezca sobre él en la superficie, o seguir intentando absorber más, "dijo Eli Sutter, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Resulta que estas partículas están ávidas de sulfuro de germanio".

Las partículas de oro siguieron absorbiendo el vapor, pero se saturaron demasiado para contenerlo todo y comenzaron a crecer cristales en capas de sulfuro de germanio. uno por partícula de oro. Cuando se expulsó el sulfuro de germanio, los cristales se alargaron y se convirtieron en nanocables de aproximadamente 1, 000 veces más delgado que un cabello humano.

El equipo descubrió que cada uno de estos cables tenía una dislocación de tornillo, que produjo una estructura helicoidal y la torsión entre sus capas de cristal.

Para explorar las propiedades de sus nanocables helicoidales retorcidos, el equipo utilizó un haz de electrones enfocado para estimular la emisión de luz de porciones diminutas de sus nanocables. Cuando los electrones excitados se relajan, emiten luz de un color o frecuencia característicos, que los investigadores registraron.

Al permitir una pila imperfecta de capas retorcidas, los nanocables de sulfuro de germanio emiten diferentes colores de luz en diferentes puntos a lo largo del cable. Esto hace posible ajustar la banda prohibida y controlar la energía de la luz absorbida o emitida.

"Pudimos demostrar que hay nuevos propiedades de emisión de luz accesibles que cambian a lo largo del cable debido a que cambia el registro de muaré, "Dijo Eli Sutter.

Nanocables retorcidos de sulfuro de germanio, un semiconductor, podría tener aplicaciones que incluyan la recolección de energía, fuentes de luz sintonizables, o informática de próxima generación.

Los investigadores, sin embargo, dijo que su próximo paso es comprender por qué el color de la luz emitida cambia a lo largo del cable y posiblemente lograr resultados similares con otros materiales.

"Tenemos que comprender mejor las consecuencias de la estructura de torsión helicoidal. Esperamos que los nanocables retorcidos aún tengan muchas otras sorpresas para nosotros, "Dijo Peter Sutter.

Este material se basa en el trabajo respaldado por la National Science Foundation bajo la subvención No. DMR-1607795. Cualquier opinión recomendaciones, y las conclusiones o recomendaciones expresadas en este material pertenecen a los autores y no reflejan necesariamente las opiniones de la National Science Foundation.