Enquanto refinam seu novo método para fazer fios em nanoescala, químicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia descobriram um bônus inesperado - uma nova maneira de criar nanofios que produzem luz semelhante à dos diodos emissores de luz (LEDs). Esses "nano-LEDs" podem um dia ter suas habilidades de emissão de luz postas em prática servindo a dispositivos em miniatura, como nanogeradores ou sistemas lab-on-a-chip.

Os nanofios normalmente são "desenvolvidos" pela deposição controlada de moléculas - óxido de zinco, por exemplo - de um gás em um material de base, um processo denominado deposição química de vapor (CVD). A maioria das técnicas de CVD forma nanofios que se erguem verticalmente da superfície como cerdas de escova. Como o fio só entra em contato com o substrato em uma extremidade, ele tende a não compartilhar características com o material do substrato - uma característica menos que a preferida porque a composição exata do nanofio será difícil de definir. O crescimento vertical também produz uma densa floresta de nanofios, tornando difícil encontrar e reposicionar fios individuais de qualidade superior.

Para remediar essas deficiências, Os químicos do NIST Babak Nikoobakht e Andrew Herzing desenvolveram um método "direcionado à superfície" para o crescimento de nanofios horizontalmente em todo o substrato (consulte www.physorg.com/news112625999.html).

Como muitos métodos CVD de crescimento vertical, a técnica de fabricação do NIST usa ouro como catalisador para a formação de cristais. A diferença é que o ouro depositado no método NIST é aquecido a 900 graus Celsius (1, 652 graus Fahrenheit), convertendo-o em uma nanopartícula que serve como local de crescimento e meio para a cristalização de moléculas de óxido de zinco. À medida que o nanocristal de óxido de zinco cresce, ele empurra a nanopartícula de ouro ao longo da superfície do substrato (neste experimento, nitreto de gálio) para formar um nanofio que cresce horizontalmente ao longo do substrato e, portanto, exibe propriedades fortemente influenciadas por seu material de base.

Em trabalho recente publicado em ACS Nano , Nikoobakht e Herzing aumentaram a espessura da nanopartícula do catalisador de ouro de menos de 8 nanômetros para aproximadamente 20 nanômetros. A mudança resultou em nanofios que desenvolveram uma estrutura secundária, uma "barbatana dorsal" semelhante a um tubarão (referida como "nanowall") onde a porção de óxido de zinco é rica em elétrons e a porção de nitreto de gálio é pobre em elétrons. A interface entre esses dois materiais - conhecida como heterojunção p-n - permite que os elétrons fluam através dela quando a combinação nanofio-nanowall foi carregada com eletricidade. Por sua vez, o movimento dos elétrons produzia luz e levou os pesquisadores a batizá-la de "nano LED".

Ao contrário das técnicas anteriores para a produção de heterojunções, o método de fabricação "direcionado à superfície" do NIST facilita a localização de heterojunções individuais na superfície. Esse recurso é especialmente útil quando um grande número de heterojunções deve ser agrupado em uma matriz para que possam ser eletricamente carregadas como uma unidade emissora de luz.

O exame do microscópio eletrônico de transmissão (TEM) dos nanofios e nanofios de óxido de zinco-nitreto de gálio revelou poucos defeitos estruturais nos nanofios e heterojunções p-n muito distintas nos nanofios, ambas as afirmações sobre a eficácia do método de fabricação "dirigido à superfície" do NIST.

Nikoobakht e Herzing esperam melhorar os nano LEDs em experiências futuras usando melhor geometria e designs de materiais, e depois aplicá-los no desenvolvimento de fontes de luz e detectores úteis em dispositivos fotônicos ou plataformas lab-on-a-chip.