Структура растущих нанокристаллов поддаётся управлению

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.

Источник 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 год, том 81, выпуск 2, стр. 153–156.