科學家實現了納米線生長的精密監測

卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的科學家們在監測微小的砷化鎵線的生長方面取得了成功。他們的發現不僅提供了對砷化鎵線生長的更好理解，而且還能為定製化具有特定特性的納米線提供了方法，這些具有特定特性的納米線可以應用到未來的某些應用中。

砷化鎵是一種半導體材料，它廣泛應用於紅外遙控器，手機高頻技術，玻璃光纖中電信號轉換為光信號，太空技術太陽能電池等領域。

納米簇：在德國電子加速器中心（DESY）納米實驗室記錄的生長在硅晶片上的納米線。圖片來源：DESY，Satishkumar Kulkarni / Thomas Keller）

該研究結果是由KIT的Philipp Schroth團隊和齊根大學的團隊做出的。該研究結果發表在雜誌「Nano Letters」（「Radial Growth of Self-Catalyzed GaAs Nanowires and the Evolution of the Liquid Ga-Droplet Studied by Time-Resolved in situ X-ray Diffraction」）上。

對於納米線的生長，科學家們使用自催化汽-液-固過程（VLS過程）。微小液態鎵液滴沉積在溫度約600°C的硅晶體上。然後，該晶片受到鎵原子和溶解在鎵液滴中的砷分子的定向束。經過一段時間後，納米線開始在液滴下方沿著硅晶片的縱向生長，所述液滴是納米線縱向生長的催化劑。

研究原理：用鎵液滴中的鎵和砷轟擊後，在硅晶片上生長出小且細的納米線。生長情況可以在X射線的幫助下進行監測。充分生長的納米線可以通過電子顯微鏡進行檢測（圖中背景部分）。 圖片來源：Philipp Schroth，KIT）

「這種自催化汽-液-固過程過程已經非常成熟，但迄今為止尚不可能精確地控制它。為了實現這一點，首先需要了解生長的細節，」本論文的共同作者、KIT的Ludwig Feigl說到。

在本研究中，研究團隊使用由KIT光子科學研究所和同步輻射研究所（IPS）專門設計的攜帶型腔室，本研究由聯邦教育與研究部（BMBF）提供資金支持。研究人員們將該腔室安裝在德國電子同步加速器（DESY）的研究光源PETRA III中，並每分鐘拍攝一張X射線圖片以確定納米線的結構和直徑。

最後，他們用電子顯微鏡測量充分生長的納米線。「我們發現納米線的生長不僅是由VLS過程引起的，而且是與第二個因素相關，所述第二個因素是在實驗過程中首次直接被觀察和量化的。這種所謂的側壁生長使得納米線在橫向生長並獲得了寬度，」Philipp Schroth說。

在生長過程中，由於恆定的鎵氣相沉積，鎵液滴變大。這產生了深遠的影響。

「隨著液滴尺寸改變，液滴與納米線表面之間的接觸角也改變。在某些情況下，這會導致納米線突然繼續與另一個晶體結構一起生長，「Feigl說到。

這種變化與應用有關，因為納米線的結構和形狀會顯著影響生長所得材料的性能。

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