เส้นลวดนาโน

เส้นลวดนาโน ()เป็นโครงสร้างระดับนาโน มีเส้นผ่านศูนย์กลางในระดับนาโนเมตร ไม่เกิน 10 นาโนเมตร  มีเส้นลวดนาโนหลายชนิด ทั้งเป็นโลหะ (นิกเกิล แพลตตินัม ทองคำ) สารกึ่งตัวนำ (เช่น ซิลิคอน inP GaN) และฉนวน เช่น (SiO2 TiO2) เส้นลวดนาโนในระดับโมเลกุลประกอบด้วยโมเลกุลซ้ำ ๆ กัน จะเป็นสารอินทรีย์หรืออนินทรีย์ก็ได้  ตัวอย่างของเส้นลวดนาโนรวมทั้งเส้นลวดนาโนระดับโมเลกุลที่เป็นสารอนินทรีย์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.9 nm และยาวได้หลายร้อยไมโครเมตร ตัวอย่างอื่น ๆ ที่สำคัญ เป็นพวกสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน InP GaN สารที่มีอิเล็กตรอนคู่ เช่น (SiO2 TiO2) หรือโลหะ เช่น นิกเกิล แพลตตินัม มีการนำเส้นลวดนาโนไปใช้อย่างหลากหลายในทางอิเล็กทรอนิกส์ และนาโนอิเล็กทรอนิกส์ รอยต่อโลหะในอุปกรณ์ควอนตัมระดับนาโน หรือตัวนำของนาโนเซนเซอร์ในทางชีวโมเลกุล

การสังเคราะห์เส้นลวดนาโน 

มีเป้าหมายพื้นฐานสองประการในการสังเคราะห์เส้นลวดนาโนคือจากด้านบนลงมาและจากด้านล่างขึ้นไป จากด้านบนลงมามีเป้าหมายเพื่อลดขนาดของวัตถุให้เล็กลง การสร้างจากข้างล่างขึ้นไปเป็นการสังเคราะห์เส้นลวดนาโนโดยการรวมอะตอม เทคนิคการสังเคราะห์ส่วนใหญ่นิยมใช้แบบจากด้านล่างขึ้นไป การผลิตเส้นลวดนาโนใช้เทคนิคพื้นฐานในห้องปฏิบัติการ เช่น การแขวนลอย การตกตะกอนด้วยไฟฟ้า การตกตะกอนด้วยไอ และการเจริญของการสังเคราะห์แบบไอ-ของเหลว (VLS) เทคโนโลยีการติดตามไอออนช่วยให้ดูการเรเติบโตของเส้นลวดนาโนได้ที่ระดับเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 nm

การแขวนลอย  
เส้นลวดนาโนแขวนลอยเป็นเส้นลวดที่ผลิตในแชมเบอร์ที่มีความดันสูง สามารถผลิตโดยการกำหนดหลักทางเคมีสำหรับเส้นลวดขนาดใหญ่ การกระหน่ำยิงเส้นลวดขนาดใหญ่ด้วยไอออนพลังงานสูง การย่อที่ปลายของ STM บนผิวของโลหะใกล้กับจุดหลอมเหลว จากนั้นทำให้เกิดการเติบโตของการสังเคราะห์แบบไอ-ของเหลว

การเติบโตของการสังเคราะห์แบบไอ-ของเหลว  
เทคนิคทั่วไปในการสร้างเส้นลวดนาโนคือการสังเคราะห์แบบไอ-ของเหลว-ของแข็ง กระบวนการนี้จะสร้างผลึกเส้นลวดนาโนของสารกึ่งตัวนำบางตัว ใช้เป็นแหล่งของเลเซอร์หรือสัญญาณเตือนภัย การสังเคราะห์แบบไอ-ของเหลวต้องการตัวเร่ง สำหรับเส้นลวดนาโน ตัวเร่งที่ดีที่สุดคือโลหะที่เป็นของเหลวเช่นทอง กลุ่มก้อนนาโนที่อาจทำให้เป็นฟิล์มบาง หรือดึงออกมาจากสารละลายคอลลอยด์และตกตะกอนลงบนสับสเตรท แหล่งของสารเข้าสู่กลุ่มก้อนนาโนและเริ่มอิ่มตัว ในการเข้าถึงการอิ่มตัวยิ่งยวด แหล่งของสารต้องถูกทำให้เป็นของแข็งและเติบโตขึ้นมาเป็นกลุ่มก้อนนาโน การปิดแหล่งของสารสามารถปรับความยาวสุดท้ายของเส้นลวดนาโน  การใช้ปฏิกิริยาระยะไอขั้นตอนเดียวในการสังเคราะห์เส้นลวดนาโนอนินทรีย์ที่อุณหภูมิหนึ่ง

การสังเคราะห์แบบของเหลว 
การสังเคราะห์แบบของเหลวเป็นเทคนิคที่ให้เส้นลวดนาโนเติบโตในของเหลว สามารถผลิตเส้นลวดนาโนได้หลายชนิด การสังเคราะห์ในของเหลวมีข้อดีที่ผลิตได้ในปริมาณมากเมื่อเทียบกับวิธีอื่น วิธีของไหล-ของเหลว-ของแข็ง สามารถใช้ผลิตเส้นลวดนาโนของสารกึ่งตัวนำ โดยใช้ผลึกระดับนาโนของโลหะ ในรูปเมล็ด สารตั้งต้นในรูปโลหะอินทรีย์ของ Si และ Ge ถูกฉีดเข้าในถังปฏิกรณ์ที่มีตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น โทลูอีน การย่อยสลายแบบใช้อุณหภูมิทำให้สารตั้งต้นถูกย่อยสลาย ทำให้โลหะถูกปล่อยออกมาจับกับผลึกนาโน และเกิดการตกตะกอนได้เป็นเส้นลวดนาโน

การใช้เส้นลวดนาโน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 
เส้นลวดนาโนสามารถใช้แทนท่อนาโนคาร์บอนได้ เช่นใช้ในการสร้างอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทำงานได้ โดยต้องเพิ่มบางอย่างเข้าไปในเส้นลวดนาโนของสารกึ่งตัวนำ ซึ่งสามารถใช้เส้นลวดนาโนในการสร้างสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด n ได้ แล้วสร้างรอยต่อระหว่าง n-p ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างง่าย ซึ่งทำได้สองทาง อย่างแรก คือการข้ามของชนิด p ด้วยเส้นลวดชนิด n แบบที่สองเกี่ยวกับลักษณะทางเคมีบนเส้นลวดโดยการเติมสารที่แตกต่างกันไปตามความยาวของเส้นลวด ทำให้สามารถสร้างรอยต่อ n-p บนเส้นลวดเส้นเดียวได้ หลังจากที่สร้างรอยต่อ n-p ขั้นตอนต่อมาคือการสร้างทางผ่านโดยการเชื่อมรอยต่อ n-p หลายอันเข้าด้วยกัน สามารถสร้างวงจรทั้งหมดด้วยทางผ่าน AND OR หรือ NOT จากการตัดผ่านด้วยเส้นลวดนาโนของสารกึ่งตัวนำ มีความเป็นไปได้ว่าการตัดผ่านด้วยเส้นลวดนาโนของสารกึ่งตัวนำมีความสำคัญในอนาคต  เกี่ยวกับการคำนวณเชิงดิจิทัล ซึ่งมีข้อดีทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้นาโนมีเตอร์

การตรวจสอบโปรตีนและสารเคมีโดยใช้เส้นลวดนาโนกึ่งตัวนำ 
การเปลี่ยนศักย์ที่พื้นผิวเพื่อใช้ในการตรวจและการวัด โดยใช้เส้นลวดนาโนของสารกึ่งตัวนำเป็นตัวส่งสัญญาณในการจับการสารเคมีที่อยู่บนผิวของเซนเซอร์ ซึ่งจะทำให้มีการลดหรือเพิ่มศักย์ไฟฟ้าในเส้นลวดนาโน ทำให้เส้นลวดนาโนเป็นช่องที่ปรับสัญญาณได้ที่เชื่อมต่อกับการตรวจสอบสภาพแวดล้อม ตอบสนองในระยะเวลาอันสั้น สารกึ่งตัวนำอนินทรีย์หลายชนิด เช่น ซิลิคอน แกลเลียม ใช้ในการเตรียมเส้นลวดนาโน เส้นลวดนาโนซิลิคอนเป็นตัวเลือกที่ดีในการใช้เป็นไบโอเซนเซอร์ มีตัวอย่างจำนวนมากที่ใช้เส้นลวดซิลิคอนในการตาวจวัดที่ไวมาก การตรวจวัดตัวชี้วัดของโปรตีนที่บ่งถึงการเป็นมะเร็ง ตรวจสอบอนุภาคไวรัส หรือสารระเหยในบรรยากาศ

แหล่งข้อมูลอื่น
Nanohedron.com | Nano Image Gallery  several images of nanowires are included in the galleries.
Stanford's nanowire battery holds 10 times the charge of existing ones
Original article on the Quantum Hall Effect: K. v. Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper; Phys. Rev. Lett. 45, 494-497 (1980). 
Strongest theoretical nanowire produced at Australia's University of Melbourne.
Penn Engineers Design Electronic Computer Memory in Nanoscale Form That Retrieves Data 1,000 Times Faster. 
One atom thick, hundreds of nanometers long Pt-nanowires are one of the best examples of self-assembly. (University of Twente) 

ตัวเชื่อมต่อไฟฟ้า
นาโนเทคโนโลยี