Investigadores de la Universitat de València han identificat per primera vegada l’orientació de nanofils semiconductors polars per les seues propietats elèctriques. El treball l’ha liderat Ana Cros, directora de l’Institut de Ciència dels Materials (ICMUV), i Núria Garro, investigadora d’aquest. Constitueix un avanç important en el coneixement d’aquestes estructures, atés que les propietats dels dispositius que s’hi fabriquen (detectors, emissors de llum i sensors) depenen de la seua orientació. La tècnica utilitzada facilita l’anàlisi d’aquestes estructures, ja que redueix el temps utilitzat i no danya les mostres.

En la recerca, publicada en Nano Letters, la quarta revista científica mundial en l’àrea de nanociència i nanotecnologia, també hi ha participat la Universitat de Múrcia, la Université Grenoble Alps i la Comissió de l’Energia Atòmica Francesa (CEA).

Els nanofils semiconductors són estructures amb un diàmetre d’unes desenes de nanòmetres i una longitud de diverses micres, similars a un cabell però mil vegades més menuts. Fins ara, per a determinar l’orientació d’aquests materials, era necessari un complex procediment en el qual els nanofils s’analitzaven un per un. La nova tècnica, que utilitza un microscopi de força atòmica i una sonda Kelvin, detecta forces minúscules i mesura les característiques elèctriques de la superfície de la mostra. D’aquesta manera és possible analitzar simultàniament l’orientació d’un gran nombre de nanofils.

En forma de símil, explica Ana Cros, “aquest microscopi explora les superfícies com ho fa una persona cega per a explorar el seu entorn: utilitza una punta a manera de bastó, i analitza com interacciona amb la superfície a través de canvis en la seua vibració. La diferència entre el microscopi i el bastó és que la seua punta és extremadament afilada. Si, a més, s’hi aplica un potencial elèctric, és possible mesurar les característiques elèctriques de la superfície d’objectes molt menuts sense arribar a tocar-los”.

Amb aquesta tècnica –anomenada microscòpia de forces de sonda Kelvin– s’ha pogut determinar per primera vegada l’orientació individual de més de cent nanofils en una mateixa imatge.

Núria Garro explica que “aquesta tècnica facilita enormement l’anàlisi i permet guanyar temps: el que abans es tardava dies a fer, seleccionant els nanofils d’un en un i destruint la mostra, ara requereix només algunes hores, i la informació s’aconsegueix sense que la mostra sofrisca cap dany”.

L’estudi és important perquè les propietats dels dispositius que es fabriquen amb aquests materials depenen de la seua orientació: igual que un imant té dos pols magnètics, un nanofil polar presenta dos pols elèctrics, amb característiques diferents. Els nanofils semiconductors es troben entre les estructures nanomètriques més estudiades en l’actualitat. Destaquen com a peces bàsiques per al desenvolupament de dispositius optoelectrònics, que van des de detectors i emissors de llum fins a nanosensors.

Aquest treball és un dels primers resultats d’una nova línia de recerca oberta en l’ICMUV per a l’estudi de processos optoelectrònics en materials avançats i superfícies (POEMAS). L’estudi s’ha realitzat com a part del projecte europeu NANOWIRING del programa PEOPLE, liderat a València per Núria Garro.

A. Minj, A. Cros, N. Garro, J. Colchero, T. Auzelle, B. Daudin
Assessment of Polarity in GaN Self-Assembled Nanowires by Electrical Force Microscopy
Nano Letters 15, 6770 (2015); September 18, 2015; DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02607