Forskere undersøger mekanismer i atomskala for nanotråds vækstproces

(PhysOrg.com) -- Nanotråde kan dyrkes på mange måder, men en af ​​de mindre forståede vækstprocesser er damp-væske-fast (VLS) vækst. I VLS, en damp adsorberes på en væskedråbe, og dråben transporterer dampen og afsætter den som en krystal ved en væske-faststof-grænseflade. Efterhånden som processen gentager sig, en nanotråd er bygget en krystal ad gangen. En fordel ved VLS -processen er, at den giver forskere mulighed for at kontrollere nanotrådens vækst med hensyn til størrelse, form, orientering, og sammensætning, selvom dette kræver forståelse af vækstmekanismerne på atomskalaen. I en ny undersøgelse, forskere har undersøgt de trin, der er involveret i VLS -vækst, og har observeret en ny oscillerende adfærd, der kunne føre til bedre kontrolleret nanotrådvækst.

Forskerne, Sang Ho Oh fra Pohang University of Science and Technology i Pohang, Korea, og medforfattere fra USA, Israel, og Tyskland har offentliggjort deres undersøgelse af VLS -processen i et nyligt nummer af Videnskab . Ved hjælp af et højopløseligt transmissionselektronmikroskop, forskerne observerede, at VLS-væksten af ​​safir-nanotråde sker lagvis for lag på grund af oscillerende reaktioner, der leverer den nødvendige ilt til nye lag.

"Det mest interessante og nye resultat af vores undersøgelse er, at vi observerede en af ​​de mest forvirrende vækstmekanismer for nanotråd i atomskala i realtid, som normalt sker gennem en trefaset interaktion ved høje temperaturer, ”Åh fortalte PhysOrg.com. "Når vi så på vækstprocessen på atomær skala, afslørede det, at den kinetiske vej for VLS-vækst er mere kompliceret, end vi måske tror og endda svær at forestille sig fra mulige kombinationer uden observation."

I deres demonstration, forskerne dannede flydende aluminiumsdråber ved at opvarme en aluminiumoxidkrystal og bestråle den med en fokuseret elektronstråle. Fordi det flydende aluminium er ustabilt, det driver VLS-vækst, da det interagerer med det omgivende ilt og bliver til stabile aluminiumoxidkrystaller for at bygge nanotråden.

En af de mest interessante observationer, som forskerne har lavet, er, at den væske-faste grænseflade, hvor nanotråden dannes, ikke er helt lige. I stedet, denne grænseflade ændres på grund af dannelsen af ​​facetter, hvor et hjørne af grænsefladen er "skåret væk", mens nanotråden vokser. Disse facetter svinger i størrelse fra nogle få nanometer ned til et punkt, efterhånden som de modtager mere ilt. På tur, de oscillerende facetter leverer ilt til nybygning af nanotråden, fremme vækst.

Disse observationer forklarer, hvorfor VLS nanotrådvækst ikke er kontinuerlig; de oscillerende facetter giver den nødvendige ilt til vækst af nanotråde, mens størrelsen på facetterne selv påvirkes af ilt i nærheden. Den nye forståelse af denne proces kan gøre det muligt for forskere bedre at kontrollere væksten af ​​nanotråde sammensat af funktionelle materialer såsom halvledere, oxider, og nitrider.

"Dette kan have vigtige konsekvenser for nanotrådavlerne for at hjælpe dem med at forstå og undgå de uønskede oscillerende morfologier af nanotråde, der fremstår som sidevægsfacetter, diametermodulation og afbøjningen i vækstretningen, ”Åh forklaret. "Når dette resultat kommer til fysikerne, der ønsker at beregne og/eller simulere vækstprocessen baseret på termodynamik, det vil få dem til at genoverveje effekten af ​​overfladespænding, væskebestilling og krystalanisotropi på VLS -væksten, som ikke er blevet overvejet seriøst før.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.