p Os pesquisadores desenvolveram um novo método para o cultivo de cristais "híbridos" em nanoescala, em que pontos quânticos - essencialmente semicondutores em nanoescala - de diferentes materiais podem ser sequencialmente incorporados em um nanofio hospedeiro com junções perfeitas entre os componentes. p Uma nova abordagem para a automontagem e adaptação de estruturas complexas em nanoescala, desenvolvido por uma colaboração internacional liderada pela Universidade de Cambridge e IBM, abre oportunidades para personalizar propriedades e funcionalidades de materiais para uma ampla gama de aplicações de dispositivos semicondutores.

p Os pesquisadores desenvolveram um método para o cultivo de combinações de diferentes materiais em um cristal em forma de agulha chamado nanofio. Nanofios são estruturas pequenas, apenas alguns bilionésimos de um metro de diâmetro. Semicondutores podem ser transformados em nanofios, e o resultado é um bloco de construção útil para eletricidade, óptico, e dispositivos de captação de energia. Os pesquisadores descobriram como fazer crescer cristais menores dentro do nanofio, formando uma estrutura como uma haste de cristal com uma série de pedras preciosas embutidas. Detalhes do novo método são publicados na revista Materiais da Natureza .

p "A chave para construir dispositivos funcionais em nanoescala é controlar os materiais e suas interfaces em nível atômico, "disse o Dr. Stephan Hofmann, do Departamento de Engenharia, um dos autores seniores do artigo. "Desenvolvemos um método de inclusão de engenharia de diferentes materiais para que possamos fazer estruturas complexas de uma forma muito precisa."

p Os nanofios são frequentemente cultivados através de um processo denominado síntese Vapor-Líquido-Sólido (VLS), onde uma pequena gota catalítica é usada para semear e alimentar o nanofio, de modo que ele se auto-monta uma camada atômica de cada vez. VLS permite um alto grau de controle sobre o nanofio resultante:composição, diâmetro, direção do crescimento, ramificação, A torção e a estrutura cristalina podem ser controladas ajustando as condições de automontagem. À medida que os nanofios se tornam mais bem controlados, novas aplicações tornam-se possíveis.

p A técnica que Hofmann e seus colegas de Cambridge e IBM desenvolveram pode ser considerada uma expansão do conceito subjacente ao crescimento VLS convencional. Os pesquisadores usam a gota catalítica não apenas para fazer crescer o nanofio, mas também para formar novos materiais dentro dela. Esses minúsculos cristais se formam no líquido, mas depois se ligam ao nanofio e, em seguida, tornam-se incorporados à medida que o nanofio cresce ainda mais. Este processo de acoplamento mediado por catalisador pode 'se auto-otimizar' para criar interfaces altamente perfeitas para os cristais incorporados.

p Para desvendar as complexidades desse processo, a equipe de pesquisa usou dois microscópios eletrônicos personalizados, um no TJ Watson Research Center da IBM e um segundo no Brookhaven National Laboratory. Isso permitiu a eles gravar filmes em alta velocidade do crescimento dos nanofios conforme ele ocorre átomo por átomo. Os pesquisadores descobriram que usar o catalisador como uma 'tigela de mistura', com a ordem e a quantidade de cada ingrediente programado em uma receita desejada, resultou em estruturas complexas que consistem em nanofios com cristais em nanoescala incorporados, ou pontos quânticos, de tamanho e posição controlados.

p “A técnica permite que dois materiais diferentes sejam incorporados no mesmo nanofio, mesmo que as estruturas de rede dos dois cristais não correspondam perfeitamente, "disse Hofmann." É uma plataforma flexível que pode ser usada para diferentes tecnologias. "

p As aplicações possíveis para esta técnica variam de interconexões enterradas atomicamente perfeitas a transistores de elétron único, memórias de alta densidade, emissão de luz, lasers semicondutores, e diodos de túnel, junto com a capacidade de projetar estruturas de dispositivos tridimensionais.

p "Este processo nos permitiu entender o comportamento dos materiais em nanoescala em detalhes sem precedentes, e esse conhecimento agora pode ser aplicado a outros processos, "disse Hofmann.