Nanowire

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Un nanowire est un fil du diamètre de l'ordre d'un nanomètre (mètres 10⁻⁹). Alternativement, les nanowires peuvent être définis comme structures qui ont une taille latérale du contrainte aux dizaines des nanomètres ou moins et d'une taille longitudinale du sans contrainte . À ces balances, les effets mécaniques de quantum sont importants - par conséquent de tels fils sont également connus comme " ; le Quantum de câble le " de de ;. Beaucoup de différents types de nanowires existent, y compris < ! --comportement ? --> métallique (par exemple, Ni, pinte, Au), semi-conducteur (par exemple, SI, INP, GaN, etc.), et isolation (par exemple, SiO₂, TiO₂). Les nanowires moléculaires se composent de répéter les unités moléculaires organiques (par exemple ADN) ou inorganiques (par exemple Mo₆S_9-xI_x).

Les nanowires ont pu être employés, dans un avenir proche, pour incorporer les composants minuscules dans les circuits extrêmement petits . Using la nanotechnologie , de tels composants ont pu être créés hors des composés chimiques

Vue d'ensemble

Allongements typiques d'objet exposé de nanowires (rapport de longueur-à-largeur) de 1000 ou de plus. Comme tels elles désigné souvent sous le nom des matériaux à une dimension. Nanowires ont beaucoup de propriétés intéressantes qui ne sont pas vues en vrac les matériaux ou à trois dimensions. C'est parce que les électrons dans les nanowires sont Quantum confiné latéralement et occupent ainsi les forces qui sont différentes du continuum traditionnel de forces ou de bandes trouvées en vrac les matériaux.

Dispositifs particuliers de cet emprisonnement de Quantum de montré par certains nanowires tels que les nanotubes mainfest eux-mêmes de carbone de en valeurs discrètes de la conductibilité électrique . De telles valeurs discrètes résultent d'une contrainte mécanique de quantum sur le nombre d'électrons qui peuvent voyager par le fil à la balance de nanomètre. Ces valeurs discrètes souvent désigné sous le nom du quantum de conductibilité et sont des valeurs du nombre entier de $de \ ≈ 12.9 kΩ$ ^-1 du frac {2e^2} {h}

Ils sont inverse du ² bien connu du h/e d'unité de résistance, qui est rudement égal à 25812.8 ohms et désigné sous le nom du von Klitzing '' R '' constant _K (après Klaus von Klitzing , le découvreur de la quantification exacte). Depuis le 1990, une valeur conventionnelle fixe '' R '' _K-90 est acceptée.

Les exemples des nanowires incluent les nanowires moléculaires inorganiques (Mo₆S_9-xI_x, Li₂Mo₆Se₆), qui ont un diamètre de 0.9 nanomètre, et peuvent être des centaines de micromètres longtemps. D'autres exemples importants sont basés sur des semi-conducteurs tels que l'INP, le SI, le GaN, etc., les diélectriques (par exemple SiO₂, TiO₂), ou les métaux (par exemple Ni, pinte).

Il y a beaucoup de demandes où les nanowires peuvent devenir importants dans électronique, optoélectronique et les dispositifs nanoelectromechanical, comme additifs dans les composés avancés, pour métallique relie ensemble dans des dispositifs de quantum de nanoscale, comme champ-émetteurs et comme mène de nanosensors biomoléculaires.

Physique des nanowires

Production des nanowires

Nanowires ne sont pas observés spontanément en nature et doivent être produits dans un laboratoire. Nanowires peut être suspendu, déposé ou synthétisé des éléments.

Un nanowire suspendu est un fil dans le puits à dépression tenu aux extrémités. Un nanowire déposé est un fil déposé sur une surface de nature différente : par exemple c'a pu même être une bande simple des atomes métalliques au-dessus d'une surface non conductrice.

Un nanowire suspendu peut être produit gravure à l'eau-forte chimique d'un plus grand fil, ou en bombardant un plus grand fil avec quelques particules fortement énergiques (des atomes ou des molécules).

Une autre manière de produire un nanowire suspendu est de denteler le bout d'un MCE dans la surface, d'un métal près du point de fusion, et le rentre.

Une technique commune pour créer un nanowire est la méthode (VLS) Vapeur-Liquide-Pleine de synthèse. Utilisations de cette technique comme le laser de matériau de base a enlevé des particules ou un gaz d'alimentation (tel que silane ). La source est alors exposée à un catalyseur. Pour des nanowires, les meilleurs catalyseurs sont des nanoclusters liquides en métal (tel qu'or ), qui peuvent être achetés en forme colloïdale et être déposés sur un substrat ou individu-être assemblés à partir d'une couche mince par dewetting. Ce processus peut souvent produire les nanowires cristallins dans le cas des matériaux de semi-conducteur.

La source entre dans ces nanoclusters et commence à le saturer. Une fois que la sursaturation est atteinte, la source solidifie et se développe à l'extérieur du nanocluster. La longueur des produits finis peut être ajustée en arrêtant simplement la source. Des nanowires composés avec des super-réseaux des matériaux alternatifs peuvent être créés en commutant des sources tandis que toujours dans la phase de croissance.

Des nanowires inorganiques tels que Mo₆S_9-xI_x (qui sont alternativement regardés comme polymères de faisceau) sont synthétisés dans une réaction à pas unique de phase vapeur à la température elevated.

Conductivité des nanowires

On s'attend à ce que la conductivité d'un nanowire soit beaucoup moins que cela du matériel en bloc correspondant. C'est dû à une série de raisons. D'abord, là disperse des frontières de fil, quand la largeur de fil est au-dessous parcours moyen d'électron libre du libre du matériel en bloc. En cuivre, par exemple, le libre parcours moyen est 40 nanomètre. Nanowires plus moins de 40 nanomètre de large raccourcira le libre parcours moyen à la largeur de fil.

Nanowires montrent également d'autres propriétés électriques particulières dues à leur taille. À la différence des nanotubes de carbone, dont le mouvement des électrons peut tomber sous le régime du transport ballistique (la signification des électrons peut voyager librement d'une électrode à l'autre), la conductivité de nanowire est fortement influencée par des effets de bord. Les effets de bord viennent des atomes qui s'étendent sur la surface de nanowire et ne sont pas entièrement collés sur les atomes voisins comme les atomes dans la partie du nanowire. Les atomes unbonded sont souvent une source des défauts dans le nanowire, et peuvent faire conduire le nanowire l'électricité plus mal que le matériel en bloc. Pendant qu'un nanowire se rétrécit dans la taille, les atomes extérieurs devient plus nombreux comparés aux atomes dans le nanowire, et les effets de bord deviennent plus importants.

En outre la conductivité peut subir une quantification dans l'énergie : c. l'énergie des électrons passant par un nanowire peut assumer seulement les valeurs discrètes, multiple du $G de Von Klitzing = du 2e^2/du h$ constants (où e est la charge de l'électron et h est la constante de Planck).

La conductivité est par conséquent décrite pendant que la somme du transport par le séparé creuse des rigoles de différentes forces Ã quantification. Le diluant le fil est, plus le nombre de canaux disponibles au transport des électrons est petit.

La conductivité d'un nanowire peut être étudiée le suspendant entre deux électrodes. Ceci a été prouvé en mesurant la conductivité d'un nanowire tout en le tirant : tandis qu'il se rétrécit, sa conductivité diminue d'une mode par étapes et les plateaux correspondent aux multiples du G.

La conductivité Ã quantification davantage est prononcée en semi-conducteurs comme le SI ou la GaAs qu'en métaux, dus à la densité d'électrons inférieure et à la conductibilité quantifiée par Massachusetts efficace inférieure peut être observé en 25 FIN de large de silicium de nanomètre (Tilke et autres, 2003), ayant pour résultat la tension accrue de seuil de .

Structure des nanowires

Les nanowires peuvent montrer des formes particulières. Parfois ils peuvent montrer l'ordre non cristallin, assumant par exemple une symétrie pentagonale ou une forme (en spirale) hélicoïdale. Les électrons zigzaguent le long des tubes pentagonaux et de la spirale le long des tubes hélicoïdaux.

Le manque d'ordre cristallin est dû au fait qu'un nanowire est périodique seulement dans une dimension (le long de son axe). Par conséquent il peut assumer n'importe quel ordre dans les autres directions (dans l'avion) si c'est énergétiquement favorable.

Par exemple, dans certains cas les nanowires peuvent montrer une symétrie quintuple, habituellement non observée en nature, mais pour les faisceaux de peu d'atomes. La symétrie quintuple est équivalente à la symétrie icosaèdre (des petits) faisceaux atomiques que l'Icosahedron est souvent une forme énergétiquement favorable pour le faisceau de peu d'atomes, mais on n'observe pas la commande icosaèdre dans les cristaux puisqu'il n'est pas possible d'empiler ensemble des icosahedra (répétant les copies infinies de elles dans chaque direction) et de couvrir de tuiles l'espace entier (suffisance il sans trous).

Utilisation des nanowires

Nanowires appartiennent toujours au monde expérimental des laboratoires. Cependant, ils peuvent compléter ou remplacer des nanotubes de carbone dans quelques applications. Certains des expériences tôt ont montré comment ils peuvent être employés pour établir la prochaine génération des dispositifs de calcul.

Pour créer les éléments électroniques actifs, la première étape de clef était d'enduire chimiquement un nanowire de semi-conducteur. Ceci a été déjà fait à différents nanowires pour créer le p-type et le n-type semi-conducteurs.

La prochaine étape était de trouver une manière de créer une jonction de PN, un des appareils électroniques les plus simples. Ceci a été réalisé de deux manières. La première manière était de croiser physiquement un p-type fil au-dessus d'un n-type fil. La deuxième méthode a impliqué d'enduire chimiquement un fil simple avec différents dopants sur la longueur. Cette méthode a créé une jonction de PN avec seulement un fil.

Après que des jonctions de PN aient été établies avec des nanowires, la prochaine étape logique était d'établir des portes de logique. En reliant plusieurs jonctions de PN ensemble, les chercheurs ont pu créer la base de tous les circuits logiques : ET, OU, et PAS des portes tous n'ont été établies des croisements de nanowire de semi-conducteur.

Il est possible que les croisements de nanowire de semi-conducteur seront importants pour le futur du calcul numérique. Bien qu'il y ait d'autres utilisations pour des nanowires au delà de ces derniers, le seul qui tirent profit réellement de la physique dans le régime de nanomètre est électronique.

Nanowires sont étudiés pour l'usage comme les guides d'ondes ballistiques de photon comme relie ensemble en point de quantum/quantum d'effet de puits de photon de rangées de logique. Les photons voyagent à l'intérieur du tube, électrons voyagent sur la coquille extérieure.

Quand deux nanowires agissant en tant que les guides d'ondes de photon se croisent la jointure agit en tant que point de quantum.

Les nanowires de conduite offrent la possibilité de se relier moléculaire-mesurent des entités dans un ordinateur moléculaire. Des dispersions des nanowires de conduite dans différents polymères sont étudiées pour l'usage en tant qu'électrodes transparentes pour les affichages flexibles d'écran plat.

En raison de leurs hauts modules de Young leur utilisation en augmentant mécaniquement des composés est étudiée. Puisque les nanowires apparaissent par paquets, ils peuvent être employés en tant qu'additifs tribologiques pour améliorer des caractéristiques de frottement et la fiabilité des capteurs et des déclencheurs électroniques.

En raison de leur allongement élevé, des nanowires sont également uniquement adaptés à la manipulation dielectrophoretic.

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