211service.com
Nanodrähte leiten Photostrom
Fotokopierer, Infrarotdetektoren und optische Empfänger in faseroptischen Telekommunikationssystemen hängen alle von Fotoleitern ab – Materialien, die bei Lichteinwirkung mehr elektrischen Strom leiten. Im Nanometerbereich hergestellte Photoleiter könnten zu einer Vielzahl winziger optoelektronischer Bauelemente führen, die möglicherweise in zukünftigen Generationen von Nanoelektronik und chemischen Sensoren nützlich sind und schließlich Hinweise auf die Herstellung winziger Solarzellen liefern.
Jetzt japanische Forscher, angeführt von Takuzo Aida , Professor an der Fakultät für Chemie und Biotechnologie der Universität Tokio, haben einen Photoleiter aus zwei verschiedenen organischen Molekülen hergestellt, die sich selbst zu langen, hohlen Nanoröhren anordnen. Die Nanodrähte leiten im Dunkeln fast keinen Strom, aber wenn sie mit Licht getroffen werden, leiten sie 10.000 Mal mehr Strom. Dies könnte zu billigen Nanogeräten führen, die sich aus einer chemischen Lösung selbst zusammenbauen.
Um einen Fotoleiter herzustellen, ist es wichtig, eine Verbindung zwischen zwei getrennten Schichten zu haben: eine, die Ladung abgibt und eine andere, die diese aufnimmt. Bisher hergestellte Fotoleiter haben keine getrennten Donor- und Akzeptorschichten im Nanometerbereich, sagt Aida. Der neue Fotoleiter, den die Forscher in dieser Woche beschreiben Wissenschaft , ist der erste, der einen nanoskaligen Donor-Akzeptor-Heteroübergang bietet und eine photoleitfähige Eigenschaft aufweist, sagt Aida.
Die Forscher stellen eine Lösung aus zwei organischen Molekülen, Trinitrofluorenon (TNF) und Hexabenzocoronen (HBC), in einem Lösungsmittel her. Wenn sie diese Lösung bei 25 °C Methanoldämpfen aussetzen, ordnen sich die organischen Moleküle selbst zu 16 Nanometer breiten Hohlröhren an. Die 3 Nanometer dicken Wände der Nanoröhren bestehen aus TNF-Schichten, die als elektronenaufnehmende Schicht fungieren und die HBC-Elektronen abgebende Schicht laminieren.
Wenn die Forscher die Fotoleiter zwischen Elektroden platzieren und eine Spannung anlegen, fließt fast kein Strom. Aber wenn sie mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht beleuchtet werden, leiten die Nanodrähte Elektrizität. Der elektrische Strom bei Beleuchtung ist vier Größenordnungen höher als im Dunkeln, sagt Aida. Ein so großes Ein-Aus-Verhältnis ist für optoelektronische Anwendungen sehr wichtig.
Im Moment ändert sich die Leitfähigkeit der Nanodrähte als Reaktion auf Licht; Sie absorbieren kein Licht, um elektrischen Strom zu erzeugen, wie dies bei Solarzellen der Fall ist. Aber die Schichtstruktur der Nanoröhren liefert eine Blaupause für die Umwandlung von Licht in Elektrizität, denn die Grenzfläche zwischen Donor- und Akzeptorschicht kann man sich als p-n-Übergang vorstellen, die Grundeinheit einer Solarzelle, sagt Frank Wurthner , Chemieprofessor an der Universität Würzburg.
Walter Smith , ein Physiker, der am Haverford College an Photoleiterforschung im Nanomaßstab beteiligt ist, nennt die neue Arbeit spannend, weil sie das erste Beispiel für ein selbstorganisierendes System mit einer genau definierten Trennung zwischen Donor- und Akzeptorschichten ist. Die Leute sind in der Lage, sehr kleine Solarzellen herzustellen, aber die Möglichkeit, sie selbst zusammenzubauen, senkt hoffentlich die Herstellungskosten, sagt er. Die Selbstorganisation ermöglicht auch eine außergewöhnliche Präzision auf atomarer Ebene bei der relativen Anordnung der Komponenten, die miteinander verbunden sind, um eine Struktur zu bilden.
Ein wichtiger Vorteil der Methode der japanischen Forscher ist, dass sich die Moleküle spontan zusammenfügen, wenn sie Methanoldämpfen ausgesetzt werden. Es ist wichtig, einen externen Cue zu haben, der die Selbstmontage auslöst, sagt Smith, denn schließlich können wir, wenn wir versuchen, komplexere Systeme zu bauen, verschiedene Cues verwenden, um die Selbstmontage verschiedener Teile des Systems zu initiieren. Die Arbeit der japanischen Forscher sei ein großer Schritt zum Verständnis der Grundlagenforschung der Selbstorganisation.