Nella crescita di nanofili di zaffiro utilizzando il metodo vapore-liquido-solido, gli scienziati hanno osservato che una sfaccettatura all'interfaccia liquido-solido cresce e si restringe alternativamente, che promuove la crescita dei nanofili. Queste immagini sono tratte dal video qui sotto. Credito immagine:Sang Ho Oh, et al.
(PhysOrg.com) -- I nanofili possono essere coltivati in molti modi, ma uno dei processi di crescita meno compresi è la crescita vapore-liquido-solido (VLS). In VLS, un vapore si adsorbe su una gocciolina di liquido, e la gocciolina trasporta il vapore e lo deposita come un cristallo in corrispondenza di un'interfaccia liquido-solido. Mentre il processo si ripete, un nanofilo viene costruito un cristallo alla volta. Un vantaggio del processo VLS è che consente agli scienziati di controllare la crescita del nanofilo in termini di dimensioni, forma, orientamento, e composizione, sebbene ciò richieda la comprensione dei meccanismi di crescita su scala atomica. In un nuovo studio, gli scienziati hanno studiato i passaggi coinvolti nella crescita di VLS, e hanno osservato un nuovo comportamento oscillatorio che potrebbe portare a una crescita dei nanofili meglio controllata.
I ricercatori, Sang Ho Oh della Pohang University of Science and Technology di Pohang, Corea, e coautori dagli Stati Uniti, Israele, e la Germania hanno pubblicato il loro studio sul processo VLS in un recente numero di Scienza . Utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione, i ricercatori hanno osservato che la crescita VLS dei nanofili di zaffiro avviene in modo strato per strato a causa di reazioni oscillatorie che forniscono l'ossigeno necessario per i nuovi strati.
“Il risultato più interessante e nuovo del nostro studio è che abbiamo osservato uno dei meccanismi di crescita più sconcertanti dei nanofili su scala atomica in tempo reale, che di solito avviene attraverso un'interazione trifase ad alte temperature, "Oh, ha detto a PhysOrg.com. "Osservare il processo di crescita su scala atomica ha rivelato che il percorso cinetico per la crescita di VLS è più complicato di quanto si possa pensare e persino difficile da immaginare da possibili combinazioni senza osservazione".
Nella loro dimostrazione, i ricercatori hanno formato goccioline di alluminio liquido riscaldando un cristallo di ossido di alluminio e irradiandolo con un fascio di elettroni focalizzato. Poiché l'alluminio liquido è instabile, guida la crescita del VLS mentre interagisce con l'ossigeno circostante e si trasforma in cristalli stabili di ossido di alluminio per costruire il nanofilo.
Una delle osservazioni più interessanti fatte dagli scienziati è che l'interfaccia liquido-solido in corrispondenza della quale si forma il nanofilo non è completamente diritta. Anziché, questa interfaccia cambia a causa della formazione di sfaccettature, in cui un angolo dell'interfaccia viene "tagliato via" mentre il nanofilo sta crescendo. Queste sfaccettature oscillano in dimensioni da pochi nanometri fino a un certo punto quando ricevono più ossigeno. A sua volta, le sfaccettature oscillanti forniscono ossigeno per la nuova costruzione del nanofilo, promuovere la crescita.
Queste osservazioni spiegano perché la crescita dei nanofili VLS non è continua; le sfaccettature oscillanti forniscono l'ossigeno necessario per la crescita dei nanofili, mentre la dimensione delle faccette stesse è influenzata dall'ossigeno nelle vicinanze. La nuova comprensione di questo processo potrebbe consentire ai ricercatori di controllare meglio la crescita di nanofili composti da materiali funzionali come semiconduttori, ossidi, e nitruri.
“Questo può portare importanti implicazioni ai coltivatori di nanofili per aiutarli a comprendere ed evitare le morfologie oscillatorie indesiderate dei nanofili, che appaiono come sfaccettature laterali, modulazione del diametro e la deflessione nella direzione di crescita, "Oh spiegato. “Quando questo risultato arriva ai fisici che vogliono calcolare e/o simulare il processo di crescita in base alla termodinamica, li farà ripensare all'effetto della tensione superficiale, ordinamento dei liquidi e anisotropia dei cristalli sulla crescita di VLS, che non è stato preso seriamente in considerazione prima”.
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