Сотрудники Санкт-Петербургского академического университета и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН давно занимаются этой проблемой. На днях в «Журнале технической физики» появилась статья, в которой Владимир Дубровский и его коллеги описали разработанную ими модель роста и структуры нитевидных нанокристаллов. Работа выполнена при поддержке РФФИ, Президиума РАН и Министерства образования и науки РФ.

Вертикальные нитевидные нанокристаллы, или нановискеры – это одномерные кристаллы, напоминающие по внешнему виду стержень или нить диаметром несколько нанометров. Часто такие стержни выращивают из элементов III и V групп таблицы Менделеева. Самые распространённые нанокристаллы групп III–V – это арсенид галлия и фосфид индия. Эти полупроводниковые материалы конкурируют в электронике с кремнием – диоды и транзисторы на их основе работают быстрее. Кроме того, благодаря способности излучать и поглощать излучение с длиной волны 1,55 микрометра, подобные нанокристаллы могут использоваться для передачи информации по волоконным оптическим линиям связи.

До недавнего времени считалось, что все нановискеры групп III–V (кроме азотсодержащих) формируют при кристаллизации кубическую структуру. В ходе нескольких экспериментов выяснилось, что структура может быть и гексагональной – с основанием в виде шестиугольника. Это открытие способствовало увеличению интереса к нитевидным нанокристаллам. С одной стороны, такая структура нестабильна, она может отрицательно сказываться на качестве выращиваемых материалов, а с другой – гексагональные кристаллы групп III–V изучены мало, поэтому стоит ожидать открытия новых перспективных свойств этих материалов. В любом случае прежде всего необходимо выяснить, какие условия синтеза отвечают за образование кубической или гексагональной кристаллической решётки нановискера.

Сотрудники Санкт-Петербургского академического университета и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН давно занимаются этой проблемой. На днях в «Журнале технической физики» появилась статья, в которой Владимир Дубровский и его коллеги описали разработанную ими модель роста и структуры нитевидных нанокристаллов. Работа выполнена при поддержке РФФИ, Президиума РАН и Министерства образования и науки РФ.

Учёные рассмотрели наиболее распространённый механизм роста нановискеров: «пар–жидкость–кристалл». При этом методе выращивания пары необходимого вещества осаждаются на подложку в виде капли, после чего она застывает, формируя однородную структуру. Поверхности роста часто активируют металлическими каплями катализатора, в роли которого используется золото. Тогда нанокристалл растёт под этой каплей, и после застывания выглядит как стержень с золотой шляпкой наверху. Размеры кристалла зависят от количества вещества, оседающего на подложку, на которой он растёт.

Модель, разработанная петербургскими физиками, учитывает не только последовательный переход атомов из газообразного состояния в жидкое и затем в твёрдое, но и другие процессы, такие как непосредственное осаждение газа на поверхности кристалла и диффузию адсорбированных атомов (адатомов) с поверхности подложки в формирующийся кристалл. Модель позволяет рассчитывать вероятность образования кубических и гексагональных кристаллов в зависимости от условий осаждения, свойств подложки и насыщенности газообразной среды. Как установила эта же группа исследователей в 2009 году, важнейший фактор, влияющий на структуру кристалла,  – его поперечный размер. Нитевидные нанокристаллы диаметром до 50–70 нанометров растут в кубической фазе, а большего – в гексагональной. Исследователи отмечают, что модель может использоваться для прогнозирования роста кристаллов при работе с разными методиками осаждения.

Первоисточник информации:

М. В Назаренко, Н. В Сибирев, В. Г Дубровский Самосогласованная модель роста и кристаллической структуры нитевидных нанокристаллов с учётом диффузии адатомов. – Журнал технической физики. – 2011. – Т.81. – выпуск 2. – С. 153–156.