Wissenschaftler haben Silizium-Nanodrähte geschaffen, die - zumindest atomar - perfekt sind. Auf der Ebene der einzelnen Atome weisen die identischen Drähte keine Unebenheiten, Biegungen oder andere Mängel auf. Sie sind perfekt kristallin, noch mehr als Bulk-Silizium. Das gesamte Spektrum der Nanodrähte ist ebenfalls hochparallel und jeder Draht ist ein ausgezeichneter metallischer Leiter.

Diese Forschung könnte für die Nanotechnologie einen wichtigen Schritt nach vorn bedeuten. Nanodrähte spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Anwendungen in der Nanoelektronik, und Silizium-Nanodrähte sind aufgrund der zentralen Funktion, die Silizium in der Halbleiterindustrie und in aktuellen Technologien spielt, besonders wichtig. Einige Wissenschaftler glauben, dass Silizium-Nanodrähte die Popularität von Kohlenstoff-Nanoröhren übertreffen werden, und sie werden für eine Vielzahl von elektronischen Anwendungen und sogar für das Quantencomputing in Betracht gezogen.

Die Fähigkeit, gerade, identische, parallele und atomar glatte Nanodrähte zu erzeugen, könnte daher zu neuen Entwicklungen in der Nanoelektronik führen.

Die Nanodrähte wurden von Wissenschaftlern des Instituts für Struktur der Materie (CNR-ISM) in Rom, Italien, hergestellt. das Institut für Atmosphärenwissenschaften und Klima, ebenfalls in Italien (beide Institute gehören zum Nationalen Forschungsrat Italiens); und das Zentrum für Forschung über kondensierte Materie und Nanowissenschaften in Marseille, Frankreich, eine Zweigstelle des Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung in Frankreich.

Mit zwei getrennten Werkzeugen, einem Rastertunnelmikroskop und einem Strahl energiearmer Röntgenstrahlen, stellten die Forscher fest, dass die Nanodrähte im Wesentlichen aus einzelnen Siliziumnanopunkten mit einem Durchmesser von 1, 5 Nanometern bestehen. Die Nanopunkte „selbstorganisiert“ zu Nanodrähten: Je mehr Nanopunkte, desto länger der Nanodraht, bis zu einer maximal erreichten Länge von 31 Nanometern. Die gebräuchlichste Länge betrug etwa 10 Nanometer.

Die Forschergruppe stellte ein „überraschendes“ Merkmal der Nanodrähte fest. Trotz der ansonsten atomaren Perfektion der Drähte zeigen sie einen üblichen Mangel an Symmetrie über ihre Breiten: Eine Seite jedes Nanodrahts ist effektiv kürzer als die andere Seite. Dieser Abfall, wie die Forscher ihn bezeichnen, tritt manchmal auf der linken und manchmal auf der rechten Seite auf.

Warum die Asymmetrie auftritt, scheint auf die bestimmte Oberfläche oder das „Substrat“ zurückzuführen zu sein, auf dem die Nanodrähte gewachsen sind: Silber. Insbesondere besteht das Substrat aus zwei sehr, sehr dünnen Silberschichten, von denen jede nur ein einziges Atom dick ist. Die zwei Schichten verleihen dem Substrat ein gerilltes Aussehen, wobei die obere Schicht aus Silberatomen regelmäßig beabstandete Linien über der unteren Schicht bildet.

Um die Nanodrähte zu „wachsen“, wurden bei Raumtemperatur zwei atomdicke Siliziumschichten auf dem Silbersubstrat abgeschieden. Die oberste Siliziumschicht bestand aus Silizium- "Dimeren" oder gebundenen Atompaaren. Die Bodenschicht bestand aus einzelnen Siliciumatomen, die mit beiden Silberschichten in Kontakt kamen.

Aufgrund der komplexen elektronischen Wechselwirkungen, die zwischen Silizium- und Silberatomen auftreten können, können sich die Siliziumatome auf Silber selbst zu geordneten Strukturen - in diesem Fall Nanodrähten - zusammenlagern. Diese Wechselwirkungen, gekoppelt mit den Rillen auf dem Silbersubstrat, erzeugten jedoch auch die Nanodrahtasymmetrie.

Die Wissenschaftler sagen, dass noch mehr Arbeit geleistet werden muss, bevor die Wissenschaftler mehr über die genaue Atomstruktur der Drähte und die Anzahl der Siliziumatome, aus denen sie bestehen, wissen und die Asymmetrie besser verstehen. Sie sind derzeit an der Nachforschung beteiligt.

Über diese Forschung wird in der Ausgabe von Nano Letters vom 9. Januar 2008 berichtet.

Zitat: Nano Lett. 8 (1), 271-275, 2008. 10.1021 / nl072591y

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