Wired mit Nanodrähten - Dummies

Nanodrähte sind einfach sehr winzige Drähte. Sie bestehen aus Metallen wie Silber, Gold oder Eisen oder Halbleitern wie Silizium, Zinkoxid und Germanium. Nanopartikel werden verwendet, um diese kleinen Nanodrähte zu erzeugen, die einen Durchmesser von nur 3 Nanometern haben können.

Wachsende Nanodrähte

Die Herstellung von Nanodrähten ähnelt Nanoröhren; es erfordert die Verwendung eines Katalysatorteilchens in einer erwärmten Reaktionskammer. Um Nanodrähte aus Galliumnitrid zu züchten, strömen Forscher der Harvard-Universität Stickstoffgas und verdampftes Gallium durch die Reaktionskammer, die ein Eisenziel enthält. Eisennanopartikel werden mit einem Laser aus dem Target verdampft, um als Katalysator zu wirken. Sowohl Gallium- als auch Stickstoffmoleküle lösen sich im Eisennanopartikel auf. Wenn man so viel Gallium und Stickstoff in das Teilchen bekommt, dass es anfängt, von der Oberfläche wegzuschwitzen, präzipitieren Moleküle auf der Oberfläche des Teilchens, wo sie sich verbinden, um den Nanodraht zu wachsen.

Wenn Sie einen Nanodraht anbauen, müssen die Materialien, die Sie verwenden, in den Katalysator-Nanopartikeln löslich sein. Zum Beispiel wird zum Wachsen von Silizium-Nanodrähten ein Gold-Katalysator-Nanopartikel verwendet, da sich Silizium in Gold auflöst.

Um Anordnungen von Nanodrähten zu züchten - ideal für die Herstellung elektronischer Geräte oder Sensoren - können Sie Katalysator-Nanopartikel verwenden, die auf einem festen Substrat positioniert sind, anstatt Nanopartikel in einem Dampf. Zum Beispiel haben Forscher des National Institute of Standards and Technology Goldnanopartikel auf einer Saphiroberfläche als Katalysatoren verwendet, um Anordnungen von Nanodrähten aus Zinkoxid zu züchten. Indem sie die Größe der Goldnanopartikel verändern, können sie steuern, ob die Nanodrähte vertikal in einem Winkel von 60 Grad von der Oberfläche oder horizontal entlang der Oberfläche geneigt wachsen.

Nanodrähte bei der Arbeit

Mehrere Forschungsgruppen haben die Verwendung von Nanodrähten zur Herstellung von Speicherbauelementen und Transistoren demonstriert. Forscher bei Hewlett-Packard und der Universität von Kalifornien in Los Angeles haben gezeigt, dass eine Speicherzelle am Schnittpunkt zweier Nanodrähte gebildet werden kann. Unter Verwendung einer etwas komplizierteren Anordnung von Nanodrähten haben sie auch eine transistorähnliche Vorrichtung entwickelt, die als Kreuzschienenverriegelung bezeichnet wird.

Leute an der Universität von Südkalifornien und dem NASA Ames Forschungszentrum haben ein Gedächtnisgerät demonstriert, das Indiumoxid-Nanodrähte verwendet. Sie sagen voraus, dass dieses Gerät in der Lage sein wird, 40 Gigabit pro Quadratzentimeter zu speichern, was eine Menge Daten nach jedermanns Standards ist.

Die Herstellung von Transistoren und Speichervorrichtungen, die in Computerchips aus Materialien mit der Breite eines Nanometers verwendet werden, wie zum Beispiel Nanodrähte, wird molekulare Elektronik genannt.

Inzwischen haben sie an der Harvard University einen nanodrahtbasierten Sensor demonstriert, der Krankheiten in Blutproben erkennen kann. Der funktionierende Teil des Sensors ist ein Nanodraht, der funktionalisiert wurde, indem er bestimmte Nucleinsäuremoleküle an ihn anbindet. Die Nukleinsäuremoleküle binden an ein Gen für zystische Fibrose, wenn es in einer Blutprobe vorhanden ist. Wenn dies geschieht, ändert sich die Leitfähigkeit der Nanodrähte. Die Änderung der Leitfähigkeit des Nanodrahtes bewirkt einen Stromfluss.

Dieser Sensortyp bietet die Möglichkeit, Blutproben für eine Vielzahl von Krankheiten sofort zu analysieren, möglicherweise direkt in der Arztpraxis mit nur einem Nadelstich im Finger. Das ist viel bequemer, als Fläschchen voller Blut zu geben und darauf zu warten, dass ein Test aus einem Labor zurückkommt. Hinzu kommt, dass dieser Sensor sehr empfindlich ist und möglicherweise Krankheiten aufspüren kann, die wir vorher noch nicht einmal erkennen konnten, oder Viren früher erkennen kann.

Aber es gibt eine große Herausforderung für Forscher, die diese Technik entwickeln, entweder mit Nanodrähten oder Nanoröhren: Sie müssen einen Weg finden, um die Sensoren selektiv zu machen und falsche Signale zu verhindern. In der Harvard-Demonstration taten sie dies, indem sie eine spezifische Nukleinsäure verwendeten, die nur an das Mukoviszidose-Gen binden würde.

Schließlich untersuchen Forscher am National Institute of Standards and Technology sowie am Max-Planck-Institut die Verwendung von Nanodrähten, um die Dichte eines magnetischen Aufzeichnungsmediums (wie die in Computern verwendeten Plattenlaufwerke) zu erhöhen… Beide Gruppen waren in der Lage, Anordnungen von magnetischen Nanodrähten abzuscheiden - und ihre Arbeit zeigt, dass es möglich ist, diese Art von Struktur zu nutzen, um Informationen mit einer viel höheren Dichte zu speichern, als dies derzeitige Plattenlaufwerke können. Andere Forscher untersuchen jedoch die Idee, bestimmte Anordnungen von Nano- -Teilchen zu verwenden, um dasselbe wie Nanodrähte zu tun. Es ist ein Rätsel, welche Idee gewinnt.