Forståelse af wolframmigrering baner spor for udvikling af nano elektroniske enheder

Trioer af wolframatomer påvirkes i høj grad i deres migration gennem en lille partikels vilde natur af partiklens form, ifølge et team af eksperter, herunder Pacific Northwest National Laboratorys Dr. Fei Gao. Holdet i USA og Kina udførte komplekse beregningssimuleringer for at bestemme energien involveret i wolframklyngemigreringen. De fandt ud af, at 3 til 4 adatom, eller overflade atom, klynger foretrækker at danne tætpakkede øer. Reorienteringen er den dominerende migrationsmekanisme for dimeren, mens nettomigreringen af ​​pilsnerklynger kan opnås ved dimer-skæring, samordnede bevægelses- og rotationsmekanismer.

Forskningen blev fremhævet på forsiden af ​​European Physical Journal B i marts 2011 sammen med den peer-reviewede artikel:"Tungsten Clusters Migration on Nanoparticles:A Dimer Method Study."

Efterspørgslen efter miniaturisering af elektroniske enheder vil drage fordel af en mere dybdegående forståelse af nanostrukturerede materialer. Wolfram har unikke egenskaber såsom høj tæthed, hårdhed, smeltetemperatur, elasticitet og ledningsevne, sammen med lav termisk udvidelse. Disse unikke egenskaber og partikler på nanometerstørrelse kan bruges til at opbevare og arrangere elektroner til brug for halvledere, at give ingeniører et materiale med lavere modstand og forbedret ledningsevne.

Brug af supercomputere i Environmental Molecular Sciences Laboratory, forskerholdet udførte de nødvendige beregninger for at søge efter mulige overgangstilstande og migrationsveje for wolframklynger på wolframnanopartikler, og tilsvarende migrationsenergier for disse klyngers mulige migrationsveje.

Wolframklynger med op til fire adatomer har vist sig at foretrække 2D-kompakte strukturer med relativt lave bindingsenergier. Holdet fastslog, at virkningen af ​​grænseflade- og toppunkter på klyngernes migrationsadfærd er signifikant stærk sammenlignet med nanopartikelstørrelsen.

Migrationsmekanismer er meget forskellige, når klyngerne er placeret i midten af ​​nanopartiklerne og nær grænsefladen eller vertexområderne. Nær grænsefladerne og toppunkterne har substratatomerne en tendens til at deltage i klyngernes migrationsprocesser, og kan forbinde adatomerne for at danne en større klynge eller føre til dissociering af en klynge via udvekslingsmekanismen, hvilket resulterer i, at adatomet krydser facetterne.

De beregnede energibarrierer for trimererne tyder på, at den samordnede migration er mere sandsynlig end det successive spring af et enkelt adatom i klyngerne.

Multi-skala beregningsmetode, lige fra ab initio-beregning til langtidsdynamikmetode, vil yderligere blive brugt til at studere strukturel udvikling af nanometerstore metalklynger med stigende størrelse og fasetransformation af disse metalklynger. Disse undersøgelser vil give betydelig indsigt i nanoskala katalysatorer, sensorer og elektrokromiske applikationer såsom smart glas, hvor lys- eller varmetransmissionsegenskaber af glasset ændres ved at påføre spænding.