Schematisk bild av rörelsen av smält bariumrika nanopartiklar till ytan av en yttrium- och kopparrik matris. Överföringselektronmikroskopbilden bekräftar att detta leder till utväxt av nanotrådar av yttriumbariumkopparoxid via mikrokroppsmekanismen.
(Phys.org) - En tillväxtmekanism för anisotropa metalloxider som förutspåddes för 20 år sedan har observerats för första gången av forskare vid University of Bristol. Arbetet beskrivs i en artikel som publicerades den här veckan i Vetenskap .
Tillverkningen av nanotrådar av ternära och kvartära funktionella material har blivit ett viktigt mål för deras tillämpning i miniatyriserade kretsar som dioder och transistorer, koaxiala grindar och sensorer.
Tillväxtmekanismerna är emellertid komplexa och fortskrider alltid via en ånga-vätska-fast process som resulterar i nanotrådar med en avsmalnande morfologi. En nanotråd som avsmalnar är oönskad för applikationer, eftersom funktionaliteten varierar längs längden, och kanske till och med försvinna, när en kritisk storlek nåddes.
Dr Simon Hall och Rebecca Boston i School of Chemistry, tillsammans med kollegor vid University of Birmingham och National Institute for Materials Science i Tsukuba, Japan har framgångsrikt odlat nanotrådar av en fas av superledaren yttrium barium kopparoxid som har en konstant tvärsnittsarea.
Genom att göra så, de konstruerade sina synteser för att fortsätta via den så kallade "mikrokrokningsbara mekanismen" för kristalltillväxt. Denna mekanism föreslogs först för att redogöra för tillväxten av vissa makroskopiska metalloxidpiskar 1994, men har aldrig observerats i någon längdskala förrän nu.
Teamet uppnådde den första observationen av denna tillväxtmekanism genom att använda ett högupplöst transmissionselektronmikroskop med videoinspelning och en ugn på plats. Detta gjorde att de direkt kunde observera smälta nanopartiklar av bariumkarbonat som vandrade genom ett poröst yttrium och kopparrik matris, katalyserar nanotrådsväxt från nanostorlekar av mikrokroppar när de når ytan.
Dr Simon Hall sa:"Nanotrådar som produceras på detta sätt kommer att ha samma fysiska egenskaper längs hela deras längd, vilket leder till en mer enhetlig strömförande förmåga, ferrobeteende och draghållfasthet.
"Detta arbete kan bana väg för nästa generations enheter som använder nya, högpresterande funktionella material som nyckelkomponent. "
