Träd i nanoskala skapade på LTH
Sedan några år tillbaka har forskarna på Nanokonsortiet vid Lunds universitet kunnat göra nanotrådar, några miljondels millimeter ”tjocka” små trådar av halvledande material med stor potential för elektronikindustrin. Nu har man även lyckats göra ”nanoträd”, ja rent av små skogar i samma skala.
Detta beskriver man i en artikel (Synthesis of branched ”nanotrees” by controlled seeding of multiple branching events) i tidskriften Nature Materials, vars webupplaga publicerades 2 maj, pappersutgåvan kommer i juni.
– Det här öppnar möjligheten att tillverka allt mer komplicerade strukturer i nanoskala. Strukturer som kan ha mycket stor tillämpningspotential för till exempel solceller, för energisnål belysning, för sensorer mm. Det är också ett exempel på tvärvetenskapligt samarbete mellan fysik och kemi, dvs mellan min forskargrupp på Fysicum och den på Kemicentrum som leds av professor Reine Wallenberg, säger professor Lars Samuelson, fasta tillståndets fysik vid LTH.
Det var han som kläckte idén om nanoträd. Den som faktiskt tillverkat dem är en av hans doktorander, Kimberly A Dick, som kommit till Lund från Waterloo University, Kanada.
Forskarna tillverkar nanotrådar genom att först skapa små nanopartiklar av guld som placeras på en halvledarbricka. Därefter släpper man in reaktiva molekyler som innehåller de atomer som man vill att nanotrådarna skall bestå av – t ex för att göra nanotrådar av kisel (Si) eller av sammansatta halvledare som indiumarsenid (InAs) eller galliumfosfid (GaP). De reaktiva molekylerna söker sig till de katalytiska guldpartiklarna och bygger upp kristaller på den lilla kontaktytan direkt under guldet. Tiden avgör hur långa trådarna blir. Trådarna ”bakas” i 450-500 graders temperatur. De är typiskt i en storlek av några mikrometers (1000-dels mm) längd och kanske 50 nanometer breda (c:a 100 gånger tunnare än längden).
I en andra etapp sprutar man sedan nya guldpartiklar på nanotrådarna och gör om proceduren. Då bildas nya ”grenar” på ”stammarna” på de ställen där guldkorn har hamnat. Hur många grenar som bildas avgörs av kristallstrukturen på stammen. Man har sett såväl tre grenar, i 60 graders vinkel, fyra grenar i 90 graders vinkel och sex grenar i 30 graders vinkel. På detta sätt har man åstadkommit vad som liknar små skogar av nanoträd.
Vid enstaka experiment har man även provat att göra om proceduren en tredje gång och fått små ”kvistar” eller ”blad” på grenarna i träden.
Det återstår att se vilka tillämpningar som den här nya tekniken kan få men fysikerna pratar alltså om möjligheterna att variera de ingående materialen i trädens ”grenverk”, vilket också rapporteras i artikeln i Nature Materials. Därigenom kan man få egenskaper hos träden som gör det möjligt att omvandla solljus till elektricitet. Omvänt kan träden kanske utnyttjas för att skapa effektiva ljuspaneler för rumsbelysning – analogin med julgransljus är ganska slående. Båda dessa tillämpningar kräver att tillverkningsmetoderna för nanotrådar och nanoträd kan göras mycket billiga, vilket forskarna menar att det finns goda förutsättningar för att man skall kunna klara.
Men till dess återstår det mycket grundforskning.
– Kanske kan vi i nanobladen efterlikna växternas fotosyntes och utvinna energi ur solljus, säger en av medförfattarna, professor Knut Deppert.
Forskarna har redan skapat ett startup-företag som försöker utveckla kommersiella möjligheter baserat på nanotrådarna, QuMat Technologies AB.
– När MIT Technical Review nyligen presenterade ”Ten Emerging Technologies That Will Change Your World” var Nanowires en av dessa där man refererade till Harvard, Berkeley och Lund och för industrialisering till Nanosys i Palo Alto men även till QuMat i Lund, berättar professor Lars Samuelson, ledare för Nanometerkonsortiet vid Lunds universitet.
Forskarna inom Nanometerkonsortiet vid Lunds universitet arbetar tillsammansmed BTG, ett ledande patent och teknik-kommersialiseringsföretag, med att utveckla och kommersialisera banbrytande nanotrådteknik, en plattform som skyddas av en stark patentportfölj.
Kontaktinformation
Kommentarer och svar på frågor kan ni få av Lars Samuelson (046-222 76 79 eller 070-317 76 79, epost: Lars.Samuelson@ftf.lth.se) eller Knut Deppert (046-222 95 20, epost: Knut.Deppert@ftf.lth.se).
Några elektronmikroskopiska bilder på träden kan rekvireras hos Mats.Nygren@kansli.lth.se
Publicering av bilderna är tillåten endast med referens till Nature Materials och med Lars Samuelsson som innehavare av copyright – i så fall är det tillåtet och kostnadsfritt.
