Dans la croissance de nanofils de saphir par la méthode vapeur-liquide-solide, les scientifiques ont observé qu'une facette à l'interface liquide-solide croît et se rétrécit alternativement, qui favorise la croissance des nanofils. Ces images sont extraites de la vidéo ci-dessous. Crédit image:Sang Ho Oh, et al.
(PhysOrg.com) -- Les nanofils peuvent être cultivés de plusieurs manières, mais l'un des processus de croissance les moins bien compris est la croissance vapeur-liquide-solide (VLS). En VLS, une vapeur s'adsorbe sur une gouttelette liquide, et la gouttelette transporte la vapeur et la dépose sous forme de cristal à une interface liquide-solide. Au fur et à mesure que le processus se répète, un nanofil est construit un cristal à la fois. Un avantage du procédé VLS est qu'il permet aux scientifiques de contrôler la croissance du nanofil en termes de taille, forme, orientation, et composition, bien que cela nécessite de comprendre les mécanismes de croissance à l'échelle atomique. Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont étudié les étapes impliquées dans la croissance du VLS, et ont observé un nouveau comportement oscillatoire qui pourrait conduire à une croissance des nanofils mieux contrôlée.
Les chercheurs, Sang Ho Oh de l'Université des sciences et technologies de Pohang à Pohang, Corée, et coauteurs des États-Unis, Israël, et l'Allemagne ont publié leur étude sur le processus VLS dans un récent numéro de Science . A l'aide d'un microscope électronique à transmission haute résolution, les chercheurs ont observé que la croissance VLS des nanofils de saphir se produit couche par couche en raison de réactions oscillatoires qui fournissent l'oxygène nécessaire aux nouvelles couches.
« Le résultat le plus intéressant et le plus nouveau de notre étude est que nous avons observé l'un des mécanismes de croissance les plus déroutants des nanofils à l'échelle atomique en temps réel, qui se produit généralement par une interaction triphasée à haute température, " Oh a dit à PhysOrg.com. "L'examen du processus de croissance à l'échelle atomique a révélé que la voie cinétique de la croissance VLS est plus compliquée qu'on ne le pense et même difficile à envisager à partir de combinaisons possibles sans observation."
Dans leur démonstration, les chercheurs ont formé des gouttelettes d'aluminium liquide en chauffant un cristal d'oxyde d'aluminium et en l'irradiant avec un faisceau d'électrons focalisé. Parce que l'aluminium liquide est instable, il entraîne la croissance VLS car il interagit avec l'oxygène environnant et se transforme en cristaux d'oxyde d'aluminium stables pour construire le nanofil.
L'une des observations les plus intéressantes que les scientifiques ont faites est que l'interface liquide-solide à laquelle le nanofil se forme n'est pas complètement droite. Au lieu, cette interface change du fait de la formation de facettes, dans lequel un coin de l'interface est "découpé" pendant que le nanofil grandit. Ces facettes oscillent en taille de quelques nanomètres jusqu'à un certain point car elles reçoivent plus d'oxygène. À son tour, les facettes oscillantes fournissent de l'oxygène pour la nouvelle construction du nanofil, favorisant la croissance.
