I tillväxten av safir nanotrådar med användning av ånga-vätska-fast-metoden, forskare har observerat att en aspekt vid vätske-fasta gränssnittet växelvis växer och krymper, som främjar tillväxt av nanotrådar. Dessa bilder är från videon nedan. Bildkredit:Sang Ho Oh, et al.
(PhysOrg.com) - Nanotrådar kan odlas på många sätt, men en av de mindre förstådda tillväxtprocesserna är ång-vätske-fast (VLS) tillväxt. I VLS, en ånga adsorberas på en vätskedroppe, och droppen transporterar ångan och avsätter den som en kristall vid en vätske-fast gränsyta. När processen upprepas, en nanotråd byggs en kristall i taget. En fördel med VLS -processen är att den tillåter forskare att kontrollera nanotrådens tillväxt när det gäller storlek, form, orientering, och sammansättning, även om detta kräver förståelse av tillväxtmekanismerna på atomskala. I en ny studie, forskare har undersökt stegen som är involverade i VLS-tillväxt, och har observerat ett nytt oscillerande beteende som kan leda till bättre kontrollerad tillväxt av nanotrådar.
Forskarna, Sang Ho Oh från Pohang University of Science and Technology i Pohang, Korea, och medförfattare från USA, Israel, och Tyskland har publicerat sin studie om VLS-processen i ett färskt nummer av Vetenskap . Med hjälp av ett högupplöst transmissionselektronmikroskop, forskarna observerade att VLS-tillväxten av safirnanotrådar sker på ett lager-för-lager sätt på grund av oscillerande reaktioner som tillför det syre som behövs för nya lager.
"Det mest intressanta och nya resultatet av vår studie är att vi observerade en av de mest förbryllande tillväxtmekanismerna för nanotråd på atomär skala i realtid, som vanligtvis sker genom en trefasinteraktion vid höga temperaturer, " Oh berättade PhysOrg.com. "När vi tittade på tillväxtprocessen på atomär skala visade det sig att den kinetiska vägen för VLS-tillväxt är mer komplicerad än vi kanske tror och till och med svår att föreställa sig från möjliga kombinationer utan observation."
I sin demonstration, forskarna bildade droppar av flytande aluminium genom att värma en aluminiumoxidkristall och bestråla den med en fokuserad elektronstråle. Eftersom det flytande aluminiumet är instabilt, den driver VLS -tillväxt när den interagerar med det omgivande syret och förvandlas till stabila aluminiumoxidkristaller för att bygga nanotråden.
En av de mest intressanta observationerna som forskarna gjort är att vätske-fasta gränssnittet där nanotråden bildas inte är helt rak. Istället, detta gränssnitt förändras på grund av bildandet av fasetter, där ett hörn av gränssnittet "klipps bort" medan nanotråden växer. Dessa aspekter pendlar i storlek från några nanometer ner till en punkt när de får mer syre. I tur och ordning, de oscillerande fasetterna tillför syre till nybyggnationen av nanotråden, främja tillväxt.
Dessa observationer förklarar varför VLS nanotrådstillväxt inte är kontinuerlig; de oscillerande aspekterna ger det syre som krävs för tillväxt av nanotrådar, medan storleken på själva fasetterna påverkas av närliggande syre. Den nya förståelsen av denna process kan göra det möjligt för forskare att bättre kontrollera tillväxten av nanotrådar som består av funktionella material som halvledare, oxider, och nitrider.
"Detta kan ge viktiga konsekvenser för nanotrådsodlarna för att hjälpa dem att förstå och undvika de oönskade oscillerande morfologierna hos nanotrådar, som visas som sidoväggsfacettering, diameter modulering och nedböjning i tillväxtriktning, "Oh förklarade. "När detta resultat kommer till fysikerna som vill beräkna och/eller simulera tillväxtprocessen baserad på termodynamik, det kommer att få dem att tänka om effekten av ytspänning, vätskeordning och kristallanisotropi på VLS-tillväxten, som inte har övervägts seriöst tidigare.”
Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.
