Наблюдение микроскопе показало конкуренцию наноструктур за материал и позволило управлять ростом теллура через «затравки» из висмута, улучшая осаждение полупроводника
Исследователи из Национального графенового института Манчестерского университета (National Graphene Institute, University of Manchester) и Университета Сунь Ятсена (Китай) впервые зафиксировали в реальном времени, как в жидкости формируются и растут полупроводниковые наноструктуры теллура.
Речь идёт о процессе, в котором материал осаждается из раствора и самопроизвольно организуется в наномасштабные структуры — в данном случае в нанопровода теллура, важного полупроводника, используемого в электронике, термоэлектрических и оптоэлектронных устройствах. Их свойства сильно зависят от формы и размеров, поэтому контроль роста имеет ключевое значение.
Используя жидкостную просвечивающую электронную микроскопию (liquid-phase transmission electron microscopy), учёные смогли наблюдать ранние стадии формирования теллура. Процесс начинается с появления сферических «зародышевых» частиц, из которых затем вырастают вытянутые нанопровода. По мере роста несколько таких структур начинают конкурировать друг с другом за доступный материал, из-за чего скорость роста отдельных нитей и их ветвление заметно различаются.
Измерения показали, что скорость роста варьируется примерно от 1 до 15 нанометров в секунду в зависимости от условий облучения и наличия соседних структур. Это впервые позволило количественно связать локальную динамику роста с реальной конкуренцией наноструктур в растворе.
Отдельный результат связан с добавлением наночастиц висмута. Они резко меняют механизм формирования теллура: увеличивают число центров зарождения и приводят к более разветвлённым, «папоротникообразным» структурам. Дополнительные эксперименты с электродепозицией подтвердили, что висмут снижает потенциал, необходимый для осаждения теллура, и увеличивает общий выход материала при тех же условиях.
Данные наблюдения за ростом в реальном времени позволили предсказать и управлять поведением системы в стандартных синтезах.
По словам профессора Сары Хейг (Sarah Haigh), это первое прямое наблюдение того, как теллуровые нанопровода возникают и эволюционируют в жидкой среде, что даёт возможность более точно управлять их формой и структурой. Соавтор работы И-Чао Цзоу (Yi-Chao Zou) добавил, что эффект висмута оказался воспроизводим как в микроскопе, так и в классической электродепозиции, открывая путь к целенаправленному проектированию наноструктур.
Авторы отмечают, что сочетание жидкостной электронной микроскопии и контролируемых добавок позволяет не только описывать, но и направленно настраивать механизмы зарождения и роста наноматериалов. Это может ускорить разработку теллуровых структур для электроники, преобразования энергии и сенсорных устройств, где критичны точные параметры наномасштаба.