Nasi naukowcy odkryli, że pokrycie nanodrutów GaN ultracienkimi powłokami tlenkowymi znacznie zwiększa wydajność ich luminescencji, a jednocześnie zabezpiecza przed foto degradacją spowodowaną oddziaływaniem z otoczeniem. Obserwacja ta jest ważna dla ewentualnych zastosowań nanodrutów w półprzewodnikowych emiterach światła, takich jak diody elektroluminescencyjne czy lasery.

Nanodruty są obiecującymi elementami aktywnymi przyrządów elektronicznych nowej generacji. Ze względu na małą średnicę (~100 nm) i niewielki obszar kontaktu z podłożem naprężenia powstające na styku nanodrut/podłoże łatwo relaksowane są na swobodnych ścianach bocznych nanodrutów bez generacji defektów. Dlatego taka forma półprzewodnika pozwala otrzymać materiał o dobrej jakości krystalicznej także na podłożu o odmiennej strukturze krystalograficznej lub na podłożu amorficznym, co jest istotną przewagą nad stosowanymi obecnie układami warstw planarnych. Ponadto, powierzchnia nanodrutu stanowi znaczną część jego objętości, co predysponuje taki kryształ do zastosowań jako element aktywny w sensorach chemicznych i biologicznych.

Natomiast w zastosowaniach takich jak emitery światła, wrażliwość nanodrutów na wpływ środowiska jest niepożądana i aby uniknąć degradacji stosuje się pasywację stanów powierzchniowych, na przykład poprzez pokrycie nanodrutów zabezpieczającą powłoką z substancji odpornej na wpływ atmosfery.

W pracy, która ukazała się właśnie w czasopiśmie Small vol. 20 No. 44 (2024) pokazaliśmy, we współpracy z badaczami z Politechniki Wrocławskiej oraz z Uniwersytetu Ekonomicznego w Katowicach, że pokrycie nanodrutów z azotku galu otoczką tlenkową z AlO_x lub HfO_x zwiększa wydajność fotoluminescencji nanodrutów, ale powoduje zarazem deformację sieci GaN, co pokazały badania rentgenowskie i spektroskopia Ramana. Dlatego też aby uzyskać wysokowydajne układy do zastosowań optoelektronicznych wymagana jest staranna optymalizacja procesów wzrostu i nanoszenia warstwy ochronnej. W szczególności pokazaliśmy w pracy, że optymalna jest otoczka o grubości ograniczonej do pojedynczych warstw atomowych, nawet pomimo nieuniknionej niejednorodności grubości zaobserwowanej technikami mikroskopii elektronowej. Tak opracowany proces budowy nanodrutu pozwolił uzyskać wzmocnienie luminescencji, zapobiec foto degradacji, a jednocześnie ograniczyć deformację sieci krystalicznej rdzenia GaN.

Znaczenie tych wyników wyróżnił wydawca wybierając grafikę z publikacji na okładkę czasopisma Small.