Полупроводниковые нанопроволоки могут стать источниками питания для наноустройств

27 марта 2013

Полупроводнико­вые нанопроволоки из нитрида галлия, откры­вают большие возмож­ности в следующем поколении нано– и оптико-электронных систем. Недавно исследователи из Инженерной Школы Маккор­мик нашли новые пьезоэлектрические свойства нанопроводов, которые могли бы сделать их более полезными в автономном питании наноустройств.

 

Всего 100 нанометров в диаметре, нанопроволоки часто считаются одно­мерными. Однако исследователи из Северо-Западного Университета (США) недавно сообщили, что отдельные нанопроволоки из нитрида гал­лия, проявляют пьезоэлектрические свойства – электрический заряд вызван механической нагрузкой в трех измерениях.
Выводы, полученные под руководством Горацио Эспиноза (Horacio Espinosa), Джеймсом Н. (James N.) и Нэнси Дж. (Nancy J.) Фарли профессо­ром Обрабатывающей Промышленности и Предпринимательства при школе Инженерных и Прикладных Наук Маккормик, были опубликованы в Nano Letters.


Это схема одной пьезоэлектрической нанопрово­локи. Изображение предоставлено Горацио Эспиноза

Нитрид галлия (GaN) является одним из наибо­лее распространенных тех­нологических  полупровод­никовых материалов и повсеместно используется сегодня в оптико-электронных элементах, таких как синие лазеры (отсюда и Blue-Ray диски) и светоизлучающие диоды (СИД). Совсем недавно были продемонстриро­ваны Наногенераторы на основе нанопроводов GaN, которые могут преобразо­вывать механическую энер­гию (например, биомехани­ческие движения) в элек­трическую энергию.

“Хотя нанопровода одномерные наноструктуры, некоторые свойства ‚такие, как пьезоэлектричество, линейная форма электромеханиче­ской связи  является трехмерной в природе”,- сказал Эспиноза.

Результаты показали, что отдельные нанопровода GaN размером 60 нано­метров проявляют пьезоэлектрические свойства в 3D до шести раз в срав­нении с основными конкурентами. Поскольку сгенерированный заряд рас­тет линейно с пьезоэлектрической константой, это открытие означает, что нанопроволоки в шесть раз более эффективны в преобразовании меха­нической энергии в электрическую.
Измерения

Для получения измерений, исследователи применили электрическое поле в различных направлениях в одной нанопроволоке и измерили небольшие перемещения, часто в пико-метровом диапазоне. Группа разработала метод, основанный на сканирующей зондовой микроскопии, использую­щей высокоточные измерения возможных перемещений атомно-силовым микроскопом.
“Измерения были очень сложные, так как нам нужно точно измерить смещения в 100 раз меньше размера атома водорода”,- сказал Маджид Минари (Majid Minary), ведущий автор исследования.
Эти результаты являются захватывающими, особенно учитывая послед­ние демонстрации Наногенераторов на основе нанопроводов GaN, для авто­номного питания наноустройств.

По данным Northwestern University

К списку статей