دانشمندان در دانشگاه علوم و فناوری پوهانگ در کره جنوبی مراحل مختلف رشد نانوسیم‌ها یاقوت در فرآیند رشد بخار- مایع – جامد (VLS) را بررسی کرده‌اند و رفتار نوسانی جدیدی مشاهده کرده‌اند که می‌تواند منجر به رشد نانوسیم‌ها با کنترل بهتر شود.
بررسی مکانیسم رشد نانوسیم‌ها در مقیاس اتمی
دانشمندان در دانشگاه علوم و فناوری پوهانگ
در کره جنوبی مراحل مختلف رشد نانوسیم‌ها یاقوت در فرآیند رشد بخار- مایع –
جامد (VLS) را بررسی کرده‌اند و رفتار نوسانی جدیدی مشاهده کرده‌اند که می‌تواند
منجر به رشد نانوسیم‌ها با کنترل بهتر شود.
نانوسیم‌ها با روش‌‌های مختلفی رشد می‌کنند، اما یکی از فرآیندهایی که کمتر
درک‌شده است، فرآیند رشد VLS می‌باشد. درVLS یک بخار روی قطره مایعی جذب می‌شود
و این قطره این بخار را منتقل کرده و آن را بعنوان یک بلور در یک فصل مشترک
جامد- مایع ترسیب می‌کند. همانطور که این فرآیند تکرار می‌شود، یک نانوسیم
ساخته می‌شود. یکی از مزایای فرآیند VLS این است که این امکان را فراهم می‌کند
که دانشمندان رشد نانوسیم را از نظر اندازه، شکل، جهت‌گیری و ترکیب، کنترل
کنند. اگرچه برای کنترل بهتر نیاز است که مکانیسم رشد در مقیاس اتمی درک
شود.
اکنون سانگ هواُه از دانشگاه علوم و فناوری
پوهانگ و همکارانش با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری با دقت بالا
رشد نانوسیم‌های یاقوت با روش VLS را بررسی کرده‌اند و مشاهده کرده‌اند که
این نانوسیم‌ها به سبک لایه به لایه بواسطه واکنش‌های نوسانی که اکسیژن
مورد نیاز برای لایه جدید را تهیه می‌کنند، رشد می‌یابند.
این پژوهشگران در آزمایشات خود، با گرم کردن یک بلور اکسید آلومنیوم و
تاباندن یک پرتوی الکترونی متمرکز به آن قطرات آلومنیوم مایعی تشکیل دادند.
بدلیل اینکه آلومنیوم مایع ناپایدار است، هنگامی که با اکسیژن محیط واکنش
می‌دهد و تبدیل به بلورهای اکسید آلومنیوم پایدار برای ساخت این نانوسیم می‌شود،
رشد VLS انجام می‌شود.
یکی از جالبترین مشاهدات این دانشمندان این است که فصل مشترک مایع- جامد که
در آن نانوسیم تشکیل می‌شود، به طور کامل منظم نیست. این فصل مشترک بواسطه
تشکیل وجوه تغییر می‌کند. در این وجوه یک گوشه از فصل مشترک هنگامی که
نانوسیم رشد می‌کند، بریده می‌شود (شکل را ببینید.). اندازه این وجوه
هنگامی که اکسیژن بیشتری دریافت می‌کنند، از چند نانومتر تا کمتر از یک
نقطه نوسان می‌کند. در حقیقت این وجوه نوسان‌کننده اکسیژن مورد نیاز برای
اجزاء جدید این نانوسیم را فراهم می‌کنند و رشد را تقویت می‌کنند.
این مشاهدات توضیح می‌دهند که چرا رشد نانوسیم با روش VLS پیوسته نیست: این
وجوه نوسان‌کننده اکسیژن مورد نیاز برای رشد نانوسیم را فراهم می‌کنند، در
حالی که اندازه آنها خود تحت تأثیر اکسیژن است. این درک جدید می‌تواند این
امکان را برای محققان فراهم کند که رشد نانوسیم‌های تشکیل‌شده از موادی از
قبیل نیمه‌رساناها، اکسید‌ها و نیترید‌ها را بهتر کنترل کنند.
نتایج این پژوهش در مجله‌ی Science منتشر شده است.
