p Com a nova tecnologia cada vez menor, exigindo maior suporte de energia com mais opções, A pesquisa de física da Universidade de Cincinnati aponta para um novo potencial elétrico robusto usando estruturas de nanofios quânticos. p As pequenas fibras milagrosas podem levar a avanços na tecnologia eletrônica sensível, incluindo sensores ópticos infravermelhos de detecção de calor e testes biomédicos, tudo isso pode caber dentro de pequenos dispositivos elétricos.

p Com o suporte de uma bateria de bolsas NSF, a equipe de pesquisa da UC trabalhou com uma equipe colaborativa de físicos, engenheiros de materiais eletrônicos e estudantes de doutorado de todo o mundo - tudo para aperfeiçoar o crescimento e o desenvolvimento de fibras de nanofios cristalinas que formam a espinha dorsal da nanotecnologia.

p Mas para aplicar totalmente esta tecnologia a dispositivos modernos, Os pesquisadores da UC estão primeiro olhando de perto - em um nível fundamental - como a energia é distribuída e medida ao longo de nanofios de fita fina tão pequenos que milhares deles poderiam teoricamente caber dentro de um cabelo humano.

p "Agora que sabemos que a tecnologia pode ser desenvolvida, precisamos entender exatamente como os processos elétricos funcionam dentro dos núcleos dos nanofios, "dizem Howard Jackson e Leigh Smith, professores de física da Universidade de Cincinnati. "Depois de finalmente aperfeiçoar um processo padronizado para crescimento e desenvolvimento de fibras de nanofios cristalinas com nossos parceiros da Australian National University em Canberra, conseguimos dar um passo adiante.

p "Usando uma combinação de materiais como arseneto de índio e gálio, podemos desenvolver núcleos de nanofios finos com camadas externas protetoras. "

p Mesmo com massas incrivelmente pequenas, Acontece que os nanofios únicos têm interações de spin órbita incomumente grandes, que os pesquisadores descobriram que pode conduzir eletricidade muito bem e pode ajudar a melhorar os detectores infravermelhos de detecção de calor para pequenos dispositivos militares.

p Jackson e Smith estão apresentando essas descobertas notáveis ​​na American Physical Society Conference, em Baltimore, 16 de março, intitulado, "Explorando dinâmica e estrutura de banda em heteroestruturas de nanofio GaAsSb e GaAsSb / InP de infravermelho médio."

p PEQUENO AINDA PODEROSO

p Os pesquisadores afirmam que o segredo do sucesso desse esforço multi-colaborativo está na combinação de materiais usados ​​para criar os nanofios. Inicialmente cultivado na Australian National University em Canberra, os nanofios brotam de uma combinação de contas de ouro derretido espalhadas por uma superfície específica.

p Como o processo é aquecido dentro de uma câmara usando gases de arseneto de índio e gálio, fibras de núcleo microscopicamente finas brotam de entre o ambiente de superfície controlado.

p Outras combinações de materiais são então introduzidas para formar uma casca externa que atua como uma bainha em torno de cada núcleo, resultando em heteroestruturas semicondutoras de nanofios quânticos, todas uniformes em tamanho, forma e comportamento.

p Depois que as fibras são enviadas ao redor do mundo para Cincinnati, Jackson, Smith e sua equipe de alunos de doutorado podem então usar equipamentos sofisticados para medir os potenciais elétricos e fotovoltaicos de cada fibra ao longo de sua superfície.

p Em pesquisas anteriores, a equipe colaborativa encontrou problemas extrínsecos e intrínsecos quando os núcleos de fibra não tinham os invólucros externos em forma de bainha.

p "Se não tivermos este invólucro externo, os nanofios têm uma vida útil de energia muito curta, disse Jackson. "Quando envolvemos o núcleo com esta bainha, a vida útil da energia pode aumentar em uma ordem ou duas ordens de magnitude (potência em watts). "

p E embora o arseneto de gálio sozinho seja um semicondutor muito comum, sua lacuna de energia é grande e na faixa visível, que absorve luz. Para obter sucesso na detecção de calor óptico ou infravermelho, a equipe afirma que o uso de fibras de arsenieto de índio e gálio produz lacunas de energia menores que podem ser usadas com sucesso em dispositivos detectores ópticos.

p "O objetivo de uma de nossas bolsas de equipamentos de pesquisa é trabalhar com a L3 Cincinnati Electronics Company local, que faz detectores infravermelhos (pequenos espaços) para imagens de visão noturna para aplicações militares, "diz Smith." Futuras aplicações diretas para este tipo de tecnologia também incluem dispositivos médicos que detectam o calor do corpo, bem como sensores remotos instalados em iphones que podem ser usados ​​para fins ambientais que detectam e medem a perda de calor nas casas. "

p Os pesquisadores dizem que esta nova tecnologia de nanofios é particularmente única porque pode transformar diferentes tipos de luz em um sinal elétrico, e, neste caso, significa transformar uma luz infravermelha em um sinal elétrico que pode ser medido.

p Smith explica que com a geometria dos nanofios você pode ter um eixo longo percorrendo o comprimento do fio, o que lhe dá muitas possibilidades de absorção conforme a luz desce, mas você também tem este diâmetro muito pequeno.

p "Quando os contatos são intercalados ao longo de cada lado, essencialmente, os elétrons nos buracos não precisam viajar muito antes de serem coletados, "diz Smith." Portanto, em princípio, pode se tornar um detector mais eficaz, bem como uma célula solar mais eficaz. "

p QUANDO O TAMANHO É IMPORTANTE

p "Quando você chega a dimensões muito pequenas em nanofios de diâmetro pequeno, mas têm alguns mícrons de comprimento, essas propriedades, então, mudam e podem mostrar um quantum (número finito) de propriedades e se tornar quase unidimensional, "diz Jackson." A física então muda conforme você muda esses tamanhos. "

p Jackson e Smith descobriram que as camadas externas ultrafinas do nanofio funcionavam melhor em larguras de quatro a oito nanômetros, que é 25, 00 e 12, 500 vezes menor, respectivamente, do que o diâmetro de um cabelo humano.

p Ao olhar para os benefícios gerais de trabalhar com nanoestruturas microscópicas, os pesquisadores vêem um tremendo potencial de retorno por sua capacidade de empacotar muito mais eficiência energética em pequenos dispositivos com espaço finito. Está cada vez mais perto de uma situação em que todos ganham, eles estão dizendo, especialmente quando esta pesquisa entra na próxima fase, aproximando-o do funcionamento em dispositivos sensores eletrônicos e ópticos.

p "Nossa investigação fundamental ainda está um passo longe de uma aplicação direta de dispositivo óptico, "diz Jackson." Mas você pode ver claramente com o tempo que essa pesquisa colaborativa teve um impacto. "