Verspringende kristalstructuur met praktisch perspectief

Nederlandse onderzoekers hebben ontdekt hoe ze nano-halfgeleiderdraadjes van indiumfosfide moeten maken met een zeer regelmatig verspringende kristalstructuur. Onder de TEM-elektronenmicroscoop zien ze er geribbeld uit, zo laten Rienk Algra en Elias Vlieg (Radboud Universiteit Nijmegen) en Erik Bakkers (Philips Research, Eindhoven) deze week zien in Nature.

De draadjes zijn niet alleen fraai maar mogelijk ook nuttig. Vlieg hoopt ze te kunnen gebruiken om warmte- of lichtenergie om te zetten in een elektrische stroom.

De truc zit in het opdringen van een sub-optimale kristalstructuur aan de draadjes. Grote stukken InP vertonen een zinkblende-kristalstructuur. Nanodraadjes prefereren een wurtzietstructuur, wat waarschijnlijk te maken heeft met het veel grotere specifieke oppervlak.

‘Doop’ je InP met een klein beetje zink, dan krijgen de draadjes ineens ook een zinkblendestructuur. En dan gaat de manier meespelen waarop die draadjes worden gekweekt. Op een groeimedium van indiumfosfide worden gouddruppels aangebracht. De draadjes groeien onder zo’n druppel, die ze dus steeds verder van het groeimedium afduwen.

Zo’n druppel is rond, en het draadje heeft in eerste instantie een zeshoekige doorsnede teneinde er zo goed mogelijk onder te passen. De kristalstructuur trekt echter naar een driehoeksvorm toe: drie van de zes zijden van de zeshoek worden steeds breder ten koste van de andere drie. Hierdoor wordt de druppel echter vervormd. Op een gegeven moment wordt de weerstand te groot en klapt de kristalstructuur als het ware een halve slag om: de lange zijden worden nu de korte, en onderweg ontstaat weer even een regelmatige zeshoek.

“Het leuke is dat we het ontdekt hebben én begrepen”, aldus Vlieg.

De breedte van de ribbels is evenredig met de dikte van het draadje, en dus ook met de grootte van de gebruikte gouddruppeltjes. Ook de zinkconcentratie speelt mee. Philips-theoreticus Lou-Fé Feiner heeft inmiddels een theoretisch model gemaakt dat de experimentele resultaten perfect verklaart.

bron: Radboud Universiteit