روش بسیار ارزانی برای تولید نانوسیم‌های نیمه‌رسانا

در حال حاضر تولید نانوسیم‌های نیمه‌رسانا در مقیاس صنعتی بسیار گران است، زیرا این نانوسیم‌ها در دمای بالا (۶۰۰ تا ۹۰۰ درجه سلسیوس) تولید می‌شوند و در فرآیند ساخت آنها از کاتالیست‌های گرانی مانند طلا استفاده می‌شود. اکنون دانشمندان در موسسه ماکس پلانک توانسته‌اند نانوسیم‌های نیمه‌رسانای بلوری را در دمای بسیار پایین و با استفاده از کاتالیست‌های ارزانی مانند آلومینیوم تولید کنند. در این روش، می‌توان نیمه‌رساناهای نانوساختار را حتی به طور مستقیم روی بسترهای پلاستیکی حساس به گرما ترسیب کرد.

در حال حاضر تولید نانوسیم‌های نیمه‌رسانا
در مقیاس صنعتی بسیار گران است، زیرا این نانوسیم‌ها در دمای بالا (۶۰۰ تا
۹۰۰ درجه سلسیوس) تولید می‌شوند و در فرآیند ساخت آنها از کاتالیست‌های
گرانی مانند طلا استفاده می‌شود. اکنون دانشمندان در موسسه ماکس پلانک
توانسته‌اند نانوسیم‌های نیمه‌رسانای بلوری را در دمای بسیار پایین و با
استفاده از کاتالیست‌های ارزانی مانند آلومینیوم تولید کنند. در این روش،
می‌توان نیمه‌رساناهای نانوساختار را حتی به طور مستقیم روی بسترهای
پلاستیکی حساس به گرما ترسیب کرد.

نانوسیم‌های ساخته شده از نیمه‌رساناهایی از قبیل سیلیکون (Si) قطعا در
بسیاری از کاربردها در آینده استفاده خواهند شد. پژوهشگران موسسه ماکس
پلانک این نانوسیم‌ها را در دمای ۱۵۰ درجه سلسیوس و با استفاده از کاتالیست
آلومینیوم تولید کردند. آنها توانستند رشد این نانوسیم‌ها را در مقیاس اتمی
در زمان واقعی مشاهده کنند.

تصویر الکترونی عبوری سطح مقطعی از یک لایه‌ی دوتایی آلومینیوم – سیلیکون در طول آنیل کردن. این تصویر نشان می‌دهد که سیلیکون در دمای پایین ۱۲۰ درجه سیلسیوس، داخل فضاهای بین بلورهای آلومینیومیِ مجاور جریان می‌یابد.
این دانشمندان یک لایه‌ی دوتایی از
آلومینیوم بلوری و سیلیکون بی‌شکل تهیه کردند. این لایه در خلاء و در دمای
اتاق با استفاده از تبخیر گرمایی تولید شد. در حالی که اتم‌ها در فاز
سیلیکون بی‌شکل تخریب می‌شدند، آنها در لایه‌ی آلومینیومی تشکیل یک شبکه
منظم بلوری می‌دادند. در حقیقت، لایه‌ی آلومینیوم از بیلیون‌ها بلور
آلومینیومی ریز تشکیل شده است که هر کدام از آنها اندازه‌ای در حدود ۵۰
نانومتر دارند. این دانه‌های بلوری محکم به همدیگر متصل هستند. بدین‌گونه
مرزشان یک شبکه مرز – دانه‌ای دو بعدی داخل این لایه‌ی آلومینیوم تشکیل می‌دهد.

این دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری، قادر شدند به طور
مستقیم مشاهده کنند که اتم‌های سیلیکون در دمای پایینی در حدود ۱۲۰ درجه
سلسیوس، شروع به جریان یافتن از لایه‌ی سیلیکون به داخل کاتالیست آلومینیوم
می‌کنند. در چنین دماهای پایینی، کاتالیست آلومینیوم جامد است و نمی‌تواند
اتم‌های سیلیکون را حل کند. بررسی‌های میکروسکوپی نشان می‌دهد که این اتم‌های
سیلیکون در بین مرزهای بلورهای آلومینیومی قرار می‌گیرند. همچنانکه اتم‌های
سیلیکون بیشتری در مرزهای دانه‌ای آلومینیومی جمع می‌شوند، آنها به شکل
نانوسیم‌های بلوری ریزی بازسازی می‌شوند، بطوریکه این بازسازی انرژی کل
سیستم را کاهش می‌دهد.

جزئیات نتایج این پژوهش در مجله‌ی Advanced Materials منتشر شده است.