Crescimento sem sementes de bismuto Nanowire matriz via vácuo evaporação térmica

Nanofios de limitar o transporte de portadores de carga e outros quasiparticles, tais como fótons e plasmons em uma dimensão. Assim, nanofios geralmente exibem novas propriedades elétricas, magnéticas, ópticas e químicas, que lhes concedem potencial quase infinita para aplicações em fotônica, eletrônica, tecnologias biomédicas, ambientais e relacionados com a energia micro / nano. ^1,2 Durante as duas últimas décadas, numerosos top-down e bottom-up abordagens têm sido desenvolvidos para síntese de uma ampla gama de metais ou semicondutores nanofios de alta qualidade em escala de laboratório ^3-6. Apesar destes desenvolvimentos, cada abordagem depende de determinadas propriedades únicas do produto final para o seu sucesso. Por exemplo, o método popular de vapor-líquido-sólido (VLS) é melhor ajuste para os materiais semicondutores que têm pontos de fusão mais elevados e formam liga eutéctica com correspondente "sementes" catalíticos. ⁷ Como resultado, a síntese de um nanofioo material de interesse particular não pode ser coberta por técnicas existentes.

Como um semimetal com pequena sobreposição indireta band (-38 meV a 0 K) e portadores de carga invulgarmente luz, bismuto é um exemplo. O material se comporta radicalmente diferente em dimensão reduzida quando comparada ao seu volume, como confinamento quântico poderia transformar nanofios de bismuto ou filmes finos em um semicondutor lacuna de banda estreita. ^8-12 Nesse meio tempo, a superfície de formas de bismuto um metal quase-bidimensional que é significativamente mais do que a sua massa metálica. ^13,14 Mostrou-se que a superfície de bismuto alcança uma mobilidade dos electrões de 2 x 10 ⁴ cm ² seg ^{-1 -1} V e contribui fortemente para a sua termoeléctrica em forma nanofio. ¹⁵ Como tal, existem interesses significativos no estudo de nanofios de bismuto para eletrônica e em determinadas aplicações termelétricas. ^12-16 No entanto, devido ao bismuto de muito baixoponto de fusão (544 K) e prontidão para a oxidação, continua a ser um desafio para a síntese de alta qualidade e nanofios de bismuto cristalino únicos usando fase de vapor ou de soluções técnicas de fase tradicionais.

Anteriormente, foi relatado por alguns grupos que único cristalinas nanofios de bismuto crescer em baixo rendimento durante a deposição em vácuo de película fina de bismuto, o que é atribuído à libertação de tensão embutido na película. ^17-20 Recentemente, descobrimos um novo técnica que é baseada na evaporação térmica de bismuto sob alto vácuo e conduz à formação escalável de nanofios individuais bismuto cristalino de alto rendimento. ²¹ Comparando a previamente relatada métodos, a principal característica desta técnica é que o substrato de crescimento é recentemente revestidas com uma fina camada de nanoporoso vanádio antes da deposição de bismuto. Durante a evaporação térmica deste último, o vapor de bismuto infiltra-se na estrutura nanoporoso do furgãoadium filme e condensa lá como nanodomínios. Desde vanádio não seja humedecido por bismuto condensado, os domínios infiltradas são posteriormente expulsos a partir da matriz de vanádio para liberar sua energia de superfície. É a expulsão contínua dos nanodomínios bismuto que formam os nanofios de bismuto verticais. Uma vez que os domínios de bismuto são apenas 1-2 nm de diâmetro, que estão sujeitas a supressão do ponto de fusão significativa, o que os torna quase fundida à TA. Como resultado, o crescimento nanofios prossegue com o substrato realizada à temperatura ambiente. Por outro lado, como o da migração dos domínios de bismuto é activado termicamente, o comprimento e a largura dos nanofios pode ser sintonizado através de uma vasta gama por simplesmente controlar a temperatura do substrato de crescimento. Este protocolo de vídeo detalhado destina-se a ajudar os novos profissionais da área evitar vários problemas comuns associados com a deposição de vapor física de filmes finos em um ambiente livre de oxigênio alto vácuo.