真空熱蒸発によりビスマスナノワイヤーアレイの成長シードレス

ナノワイヤは、1つの次元での光子とプラズモンとして、電荷キャリアと他の準粒子の輸送を閉じ込めます。したがって、ナノワイヤは、通常のマイクロ/ナノエレクトロニクス、フォトニクス、生物医学、環境・エネルギー関連技術のアプリケーションのためにそれらをほぼ無限の可能性を付与小説、電気的、磁気的、光学的および化学的特性を示す^。1,2を過去20年の間に、多数トップダウンおよびボトムアップのアプローチは、実験室規模で高品質の金属または半導体ナノワイヤの広い範囲を合成するために開発された^。3-6これらの開発にもかかわらず、それぞれのアプローチは、成功のための最終製品の特定のユニークな特性に依存しています。例えば、人気のある気相-液相-固相（VLS）メソッドは、より高い融点を有し、対応する触媒の「シード」と共晶合金を形成する半導体材料のためのより良い適合である^。7この結果、ナノワイヤーの合成特に関心のある材料は、既存の技術でカバーされない場合があります。

小さな間接バンドの重なり（0 Kにおける-38 meVで）と異常光電荷キャリアを持つ半金属としては、ビスマスはその一例です。そのバルクと比較した場合、量子閉じ込めが狭いバンドギャップ半導体にビスマスナノワイヤまたは薄膜を回すことができるような材料は、減少した寸法で、根本的に異なる動作をします。一方^8-12、ビスマス形の表面準二次元金属それは、その大部分よりもはるかに多くの金属である^。13,14これは、ビスマスの表面は^、2×10 4 ^cm 2の^V -1 ^秒 -1の電子移動度を達成し、ナノワイヤの形で、その熱電電力に強く寄与していることが示された^。15のようにこのような、電子特に熱電アプリケーションにおけるビスマスナノワイヤを研究に大きな関心があります^。12-16しかし、ビスマスの非常に低いのために融点（544 K）及び酸化のための準備は、高品質で、伝統的な気相または液相技術を用いて単結晶ビスマスのナノワイヤを合成するための課題です。

これまでは、単結晶ビスマスナノワイヤがフィルムに組み込まれたストレスの解放に起因しているビスマス薄膜の真空蒸着時に低い収率で成長することをいくつかのグループにより報告されている^。17-20は最近、我々は小説を発見しました高真空下でビスマスの熱蒸着に基づいており、高い収率で単結晶ビスマスナノワイヤーのスケーラブルな形成につながる技術^。21以前に報告された方法と比較すると、この技術の最もユニークな特徴は、成長基板が新鮮に被覆されていることですナノ多孔性バナジウムの薄い層を有するビスマス堆積前。後者の熱蒸着の間に、ビスマス蒸気はバンのナノ多孔性構造に浸透Adiumのフィルムとナノドメインとしてそこに凝縮。バナジウムは、凝縮ビスマスで濡れていないので、浸潤領域は、その後、その表面エネルギーを解放するためにバナジウムマトリックスからexpulsedされます。これは、垂直ビスマスナノワイヤーを形成ビスマスナノドメインの連続追放です。ビスマスドメインは直径のわずか1〜2 nmであるので、RTでそれらをほぼ溶融させる重要な融点抑制、の対象となっています。その結果、ナノワイヤの成長は室温で保持された基板に進みます。一方、ビスマスドメインの移行が、熱的に活性化されると、ナノワイヤの長さと幅は、単純に、成長基板の温度を制御することによって、広い範囲にわたって調整することができます。この詳細ビデオプロトコルは、フィールドに新しい実践者が、高真空、無酸素環境における薄膜の物理蒸着法に関連する様々な一般的な問題を回避するためのものです。