Ein nanowire ist ein nanostructure, mit dem Diameter der Ordnung eines Nanometers (10 Meter). Wechselweise kann nanowires als Strukturen definiert werden, die eine Dicke oder Diameter haben, das zu Zehnen von Nanometern oder weniger und eine zwanglose Länge beschränkt ist. An diesen Skalen Quant sind mechanische Effekten wichtig — der den Begriff "Quant--Leitungen" ins Leben gerufen hat. Viele verschiedene Typen von nanowires, bestehen einschließlich des metallischen (z.B, Ni, Pt, Au), (z.B, Si, InP, GaN, usw.) halbführend, und (z.B, SiO, TiO) isolierend. Molekulare nanowires werden daraus zusammengesetzt, molekulare Einheiten irgendein organisch (z.B DNA) oder anorganisch zu wiederholen (z.B. MoSI).

Der nanowires konnte in der nahen Zukunft verwendet werden, um winzige Bestandteile in äußerst kleine Stromkreise zu verbinden. Mit der Nanotechnologie konnten solche Bestandteile aus chemischen Zusammensetzungen geschaffen werden.

Übersicht

Typische nanowires stellen Aspekt-Verhältnisse (Verhältnis der Länge zur Breite) von 1000 oder mehr aus. Als solcher werden sie häufig eindimensionale (1-d) Materialien genannt. Nanowires haben viele interessante Eigenschaften, die in großen Mengen oder 3. Materialien nicht gesehen werden. Das ist, weil Elektronen in nanowires Quant beschränkt seitlich sind und so Energieniveaus besetzen, die vom traditionellen Kontinuum von Energieniveaus oder in Schüttgütern gefundenen Bändern verschieden sind.

Eigenartige Eigenschaften dieser durch bestimmten nanowires ausgestellten Quant-Beschränkung äußern sich in getrennten Werten der elektrischen Leitfähigkeit. Solche getrennten Werte entstehen aus einem Quant mechanische Selbstbeherrschung der Zahl von Elektronen, die durch die Leitung an der Nanometer-Skala reisen können. Diese getrennten Werte werden häufig das Quant der Leitfähigkeit genannt und sind Vielfachen der ganzen Zahl von

Sie sind Gegenteil der wohl bekannten Widerstand-Einheit h/e, der 25812.8 Ohm grob gleich, und als der von Klitzing unveränderlicher R (nach Klaus von Klitzing, dem Entdecker von genauem quantization) gekennzeichnet ist. Seit 1990 wird ein fester herkömmlicher Wert R akzeptiert.

Beispiele von nanowires schließen anorganischen molekularen nanowires ein (MoSI, LiMoSe), der ein Diameter von 0.9 nm haben und Hunderte von Mikrometern lange sein kann. Andere wichtige Beispiele basieren auf Halbleitern wie InP, Si, GaN, usw., Dielektriken (z.B. SiO, TiO), oder Metalle (z.B. Ni, Pt).

Es gibt viele Anwendungen, wo nanowires wichtig in elektronischen, optoelektronischen und nanoelectromechanical Geräten als Zusätze in fortgeschrittenen Zusammensetzungen für metallische Verbindungen in nanoscale Quant-Geräten als Feldemitter werden kann, und als für biomolecular nanosensors führt.

Synthese von nanowires

Es gibt zwei grundlegende Annäherungen an das Synthetisieren nanowires: verfeinernd und von unten nach oben. Eine verfeinernde Annäherung reduziert ein großes Stück des Materials zu kleinen Stücken, durch verschiedene Mittel wie Steindruckverfahren oder Elektrophorese. Von unten nach oben synthetisiert Annäherung den nanowire durch das Kombinieren konstituierenden adatoms. Die meisten Synthese-Techniken verwenden von unten nach oben Annäherung.

Produktion von Nanowire verwendet mehrere allgemeine Labortechniken, einschließlich Suspendierung, elektrochemischer Absetzung, Dampf-Absetzung und VLS Wachstums. Ion-Spur-Technologie ermöglicht, homogenen und segmentierten nanowires unten zu 8 nm Diameter anzubauen.

Suspendierung

Ein aufgehobener nanowire ist eine Leitung, die in einem an den längs gerichteten äußersten Enden gehaltenen Hochvakuum-Raum erzeugt ist. Aufgehobener nanowires kann erzeugt werden durch:

• Das chemische Ätzen einer größeren Leitung
• Die Beschießung einer größeren Leitung, normalerweise mit hoch energischen Ionen
• Das Eindrücken des Tipps eines STM in der Oberfläche eines Metalls in der Nähe von seinem Schmelzpunkt, und dann das Zurücknehmen davon

VLS Wachstum

Eine allgemeine Technik, für einen nanowire zu schaffen, ist Synthese von Vapor-Liquid-Solid (VLS). Dieser Prozess kann kristallenen nanowires von einigen Halbleiter-Materialien erzeugen. Es verwendet als Quellmaterial entweder Laser ablated Partikeln oder ein Futter-Benzin wie silane.

VLS Synthese verlangt einen Katalysator. Für nanowires sind die besten Katalysatoren flüssiges Metall (wie Gold) nanoclusters, der entweder aus einem dünnen Film durch dewetting selbstgesammelt, oder in der gallertartigen Form gekauft und auf einem Substrat abgelegt werden kann.

Die Quelle geht in diese nanoclusters ein und beginnt, sie zu sättigen. Auf der reichenden Übersättigung wird die Quelle fest und wächst äußer vom nanocluster. Einfach das Abdrehen der Quelle kann die Endlänge des nanowire anpassen. Umschaltende Quellen, während noch im Wachstum die Phase Zusammensetzung nanowires mit Supergittern von Wechselmaterialien schaffen kann.

Eine Einzelschrittdampf-Phase-Reaktion bei der Hochtemperatur baut anorganischen nanowires wie MoSI auf. Aus einem anderen Gesichtspunkt sind solche nanowires Traube-Polymer.

Mit der Lösung phasige Synthese

Mit der Lösung phasige Synthese bezieht sich auf Techniken, die nanowires in der Lösung anbauen. Sie können nanowires von vielen Typen von Materialien erzeugen. Mit der Lösung phasige Synthese hat den Vorteil, dass es sehr große Mengen im Vergleich zu anderen Methoden erzeugen kann. In einer Technik, der polyol Synthese, ist Äthylen-Glykol sowohl Lösungsmittel als auch abnehmendes Reagenz. Diese Technik ist beim Produzieren nanowires der Leitung, des Platins und des Silbers besonders vielseitig.

Physik von nanowires

Leitvermögen von nanowires

Mehrere physische Gründe sagen voraus, dass das Leitvermögen eines nanowire viel weniger sein wird als dieses des entsprechenden Schüttgutes. Erstens, dort zerstreut sich von den Leitungsgrenzen, deren Wirkung sehr bedeutend sein wird, wann auch immer die Leitungsbreite unter dem freien Mittelpfad des freien Elektrons des Schüttgutes ist. In Kupfer, zum Beispiel, ist der freie Mittelpfad 40 nm. Kupfer nanowires weniger als 40 nm breit wird den freien Mittelpfad zur Leitungsbreite verkürzen.

Nanowires zeigen auch andere eigenartige elektrische Eigenschaften wegen ihrer Größe. Verschieden von Kohlenstoff nanotubes, dessen Bewegung von Elektronen unter dem Regime des ballistischen Transports fallen kann (kann Bedeutung der Elektronen frei von einer Elektrode bis den anderen reisen), nanowire Leitvermögen ist stark unter Einfluss Rand-Effekten. Die Rand-Effekten kommen aus Atomen, die am nanowire liegen, erscheinen und werden zu benachbarten Atomen wie die Atome innerhalb des Hauptteils des nanowire nicht völlig verpfändet. Die unverpfändeten Atome sind häufig eine Quelle von Defekten innerhalb des nanowire, und können den nanowire veranlassen, Elektrizität schlechter zu führen, als das Schüttgut. Da ein nanowire in der Größe zurückweicht, werden die Oberflächenatome zahlreicher im Vergleich zu den Atomen innerhalb des nanowire, und Rand-Effekten werden wichtiger.

Außerdem kann das Leitvermögen einen quantization in der Energie erleben: D. h. die Energie der Elektronen, die einen nanowire durchgehen, kann nur getrennte Werte annehmen, die Vielfachen des Von Klitzings unveränderlicher G = 2e/h sind (wo e die Anklage des Elektrons ist und h der Planck unveränderlich ist).

Das Leitvermögen wird folglich als die Summe des Transports durch getrennte Kanäle von verschiedenen gequantelten Energieniveaus beschrieben. Je dünner die Leitung, desto kleiner die Zahl von für den Transport von Elektronen verfügbaren Kanälen ist.

Dieser quantization ist durch das Messen des Leitvermögens eines zwischen zwei Elektroden aufgehobenen nanowire demonstriert worden, während man es zieht: Als sein Diameter abnimmt, entsprechen seine Leitvermögen-Abnahmen auf eine schrittweise Mode und die Plateaus Vielfachen von G.

Der quantization des Leitvermögens ist in Halbleitern wie Si oder GaAs ausgesprochener als in Metallen, wegen ihrer niedrigeren Elektrondichte und niedrigerer wirksamer Masse. Es kann in 25 nm breiten Silikonflossen beobachtet werden, und läuft auf vergrößerte Schwellenstromspannung hinaus. In praktischen Begriffen bedeutet das, dass ein MOSFET mit solchen nanoscale Silikonflossen, wenn verwendet, in Digitalanwendungen, ein höheres Tor (Kontrolle) Stromspannung brauchen wird, um den Transistor einzuschalten.

Schweißen nanowires

Um nanowire Technologie in Industrieanwendungen zu vereinigen, haben Forscher 2008 eine Methode entwickelt, nanowires zusammen zu schweißen: Ein Opfermetall nanowire wird neben den Enden der Stücke gelegt, die (das Verwenden der Handhaber eines scannenden Elektronmikroskops) anzuschließen sind; dann wird ein elektrischer Strom angewandt, der die Leitungsenden verschmilzt. Die Technik-Sicherungen schließen mindestens 10 nm an.

Für nanowires mit Diametern weniger als 10 nm werden vorhandene Schweißtechniken, die das Verlangen genauer Kontrolle des Heizungsmechanismus und kann, die Möglichkeit des Schadens einführend, nicht praktisch sein. Kürzlich haben Wissenschaftler entdeckt, dass einzeln-kristallenes ultradünnes Gold nanowires mit Diametern ~3-10 nm zusammen innerhalb von Sekunden durch den mechanischen Kontakt allein, und unter dem bemerkenswert niedrigen angewandten Druck (unterschiedlich makro "Kälte-geschweißt" sein - und kalten Schweißprozess mikroerklettern kann). Hochauflösende Übertragungselektronmikroskopie und in situ Maßen offenbart, dass die Schweißstellen fast, mit derselben Kristallorientierung, Kraft und elektrischem Leitvermögen als der Rest des nanowire vollkommen sind. Die hohe Qualität der Schweißstellen wird den nanoscale Beispieldimensionen, Mechanismen der orientierten Verhaftung zugeschrieben und hat mechanisch schneller Oberflächenverbreitung geholfen. Schweißstellen von Nanowire wurden auch zwischen Gold und Silber und Silber nanowires (mit Diametern ~5-15 nm) bei der nahen Raumtemperatur demonstriert, anzeigend, dass diese Technik für ultradünnen metallischen nanowires allgemein anwendbar sein kann. Verbunden mit anderem nano- und Mikroherstellungstechnologien, wie man voraussieht, hat kaltes Schweißen potenzielle Anwendungen in der Zukunft von unten nach oben Zusammenbau von metallischem eindimensionalem nanostructures.

Gebrauch von nanowires

Nanowires gehören noch der experimentellen Welt von Laboratorien. Jedoch können sie ergänzen oder Kohlenstoff nanotubes in einigen Anwendungen ersetzen. Einige frühe Experimente haben gezeigt, wie sie verwendet werden können, um die folgende Generation von Rechengeräten zu bauen.

Um aktive elektronische Elemente zu schaffen, war der erste Schlüsselschritt, einen Halbleiter nanowire chemisch zu lackieren. Das ist bereits zu individuellem nanowires getan worden, um P-Typ und n-leitende Halbleiter zu schaffen.

Der nächste Schritt sollte eine Weise finden, einen p-n Verbindungspunkt, eines der einfachsten elektronischen Geräte zu schaffen. Das wurde auf zwei Weisen erreicht. Der erste Weg war zum physisch bösen eine P-Typ-Leitung über eine n-leitende Leitung. Die zweite Methode beteiligt, chemisch eine einzelne Leitung mit verschiedenem dopants entlang der Länge lackierend. Diese Methode hat einen p-n Verbindungspunkt mit nur einer Leitung geschaffen.

Danach p-n Verbindungspunkte wurden mit nanowires gebaut, der folgende logische Schritt war, Logiktore zu bauen. Indem sie mehrere p-n Verbindungspunkte zusammen verbinden, sind Forscher im Stande gewesen, die Basis aller Logikstromkreise zu schaffen: UND, ODER, und NICHT Tore sind alle von Halbleiter nanowire Überfahrten gebaut worden.

Es ist möglich, dass Halbleiter nanowire Überfahrten für die Zukunft der Digitalcomputerwissenschaft wichtig sein wird. Obwohl es anderen Gebrauch für nanowires außer diesen gibt, sind die einzigen, die wirklich die Physik im Nanometer-Regime ausnutzen, elektronisch.

Nanowires werden für den Gebrauch als Foton ballistische Wellenleiter als Verbindungen in der Quant-Wirkung des Punkts/Quants gut Foton-Logikreihe studiert. Fotonen reisen innerhalb der Tube, des Elektronreisens auf der Außenschale.

Wenn zwei nanowires, die als Foton-Wellenleiter handeln, einander die Zeitpunkt-Taten als ein Quant-Punkt durchqueren.

Das Leiten nanowires bietet die Möglichkeit von in Verbindung stehenden Entitäten der molekularen Skala in einem molekularen Computer an. Streuungen, nanowires in verschiedenen Polymern zu führen, werden für den Gebrauch als durchsichtige Elektroden für flexible Anzeigen des flachen Schirms untersucht.

Wegen der Module ihres hohen Youngs wird ihr Gebrauch im mechanischen Erhöhen von Zusammensetzungen untersucht. Weil nanowires in Bündeln erscheinen, können sie als tribological Zusätze verwendet werden, um Reibungseigenschaften und Zuverlässigkeit von elektronischen Wandlern und Auslösern zu verbessern.

Wegen ihres hohen Aspekt-Verhältnisses wird nanowires auch der dielectrophoretic Manipulation einzigartig angepasst.

Siehe auch

• Kohlenstoff nanotubes
• Anorganischer nanotubes
• Molekularer nanowires
• Nanoantenna
• Nanorods
• Batterie von Nanowire
• Sonnenzelle
• Quant-Saal-Wirkung

Weiterführende Literatur

• K. v. Klitzing, G. Dorda und M Pfeffer; Phys. Hochwürdiger. Lette. 45, 494-497 (1980)

• R. Landauer, J. Phys.: Cond. Sache 1, 8099 (1989)

• N. Oncel u. a. Phys. Hochwürdiger. Lette. 95, 116801, (2005)
• J. Chen, B. Wiley, Y. Xia. Eindimensionaler Nanostructures von Metallen: Groß angelegte Synthese und Einige Potenzielle Anwendungen. Langmuir 2007, 23, 4120.
• Ross, Frances M., "nanowire Strukturen durch Echtzeitwachstumsstudien", Berichte über den Fortschritt in der Physik, dem Band 73, der Nummer 11, 2010 kontrollierend
• Bullis, Kevin, "Nanowire Transistoren Schneller als Silikon", MIT Technologierezension, am 20. Juni 2006

Links

• Nanohedron.com wird die Galerie Nano Image mehrere Images von nanowires in die Galerien eingeschlossen.
• Die nanowire Batterie von Stanford hält 10mal die Anklage von vorhandenen
• Ursprünglicher Artikel über die Quant-Saal-Wirkung:K. v. Klitzing, G. Dorda und M Pfeffer; Phys. Hochwürdiger. Lette. 45, 494-497 (1980).
• Stärkster theoretischer nanowire an Australiens Universität Melbournes erzeugt.
• Penn Engineers Design Electronic Computer Memory in der Nanoscale-Form, Die Daten 1,000mal Schneller Wiederbekommt.
• Ein Atom dick Hunderte von Nanometern sind lange Pt-nanowires eines der besten Beispiele des Selbstzusammenbaues. (Universität von Twente)