Boron-doped silicon nanowires (SiNWs) were used to create highly sensitive, real-time electrically based sensors for biological and chemical species. Amine- and oxide-functionalized SiNWs exhibit pH-dependent conductance that was linear over a large dynamic range and could be understood in terms of the change in surface charge during protonation and deprotonation. Biotin-modified SiNWs were used to detect streptavidin down to at least a picomolar concentration range. In addition, antigen-functionalized SiNWs show reversible antibody binding and concentration-dependent detection in real time. Lastly, detection of the reversible binding of the metabolic indicator Ca 2+ was demonstrated. The small size and capability of these semiconductor nanowires for sensitive, label-free, real-time detection of a wide range of chemical and biological species could be exploited in array-based screening and in vivo diagnostics.

Because semiconductor nanowires can transport electrons and holes, they could function as building blocks for nanoscale electronics assembled without the need for complex and costly fabrication facilities. Boron- and phosphorous-doped silicon nanowires were used as building blocks to assemble three types of semiconductor nanodevices. Passive diode structures consisting of crossed p- and n-type nanowires exhibit rectifying transport similar to planar p-n junctions. Active bipolar transistors, consisting of heavily and lightly n-doped nanowires crossing a common p-type wire base, exhibit common base and emitter current gains as large as 0.94 and 16, respectively. In addition, p- and n-type nanowires have been used to assemble complementary inverter-like structures. The facile assembly of key electronic device elements from well-defined nanoscale building blocks may represent a step toward a "bottom-up" paradigm for electronics manufacturing.

Silicon nanowires can be prepared with single-crystal structures, diameters as small as several nanometers and controllable hole and electron doping, and thus represent powerful building blocks for nanoelectronics devices such as field effect transistors. To explore the potential limits of silicon nanowire transistors, we have examined the influence of source-drain contact thermal annealing and surface passivation on key transistor properties. Thermal annealing and passivation of oxide defects using chemical modification were found to increase the average transconductance from 45 to 800 nS and average mobility from 30 to 560 cm2/V·s with peak values of 2000 nS and 1350 cm2/V·s, respectively. The comparison of these results and other key parameters with state-of-the-art planar silicon devices shows substantial advantages for silicon nanowires. The uses of nanowires as building blocks for future nanoelectronics are discussed.

Miniaturization in electronics through improvements in established "top-down" fabrication techniques is approaching the point where fundamental issues are expected to limit the dramatic increases in computing seen over the past several decades. Here we report a "bottom-up" approach in which functional device elements and element arrays have been assembled from solution through the use of electronically well-defined semiconductor nanowire building blocks. We show that crossed nanowire p-n junctions and junction arrays can be assembled in over 95% yield with controllable electrical characteristics, and in addition, that these junctions can be used to create integrated nanoscale field-effect transistor arrays with nanowires as both the conducting channel and gate electrode. Nanowire junction arrays have been configured as key OR, AND, and NOR logic-gate structures with substantial gain and have been used to implement basic computation.

Layered materials consist of molecular layers stacked together by weak interlayer interactions. They often crystallize to form atomically smooth thin films, nanotubes, and platelet or fullerene-like nanoparticles due to the anisotropic bonding. Structures that predominately expose edges of the layers exhibit high surface energy and are often considered unstable. In this communication, we present a synthesis process to grow MoS2 and MoSe2 thin films with vertically aligned layers, thereby maximally exposing the edges on the film surface. Such edge-terminated films are metastable structures of MoS2 and MoSe2, which may find applications in diverse catalytic reactions. We have confirmed their catalytic activity in a hydrogen evolution reaction (HER), in which the exchange current density correlates directly with the density of the exposed edge sites.

We report the synthesis of a graphene-sulfur composite material by wrapping polyethyleneglycol (PEG) coated submicron sulfur particles with mildly oxidized graphene oxide sheets decorated by carbon black nanoparticles. The PEG and graphene coating layers are important to accommodating volume expansion of the coated sulfur particles during discharge, trapping soluble polysulfide intermediates and rendering the sulfur particles electrically conducting. The resulting graphene-sulfur composite showed high and stable specific capacities up to ~600mAh/g over more than 100 cycles, representing a promising cathode material for rechargeable lithium batteries with high energy density.