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