Исследователи из Национального графенового института при Манчестерском университете совместно с коллегами из Университета Сунь Ятсена впервые в истории смогли зафиксировать процесс формирования и роста полупроводниковых наноструктур теллура в жидкой среде в режиме реального времени.
Данное исследование критически важно для развития современной электроники, фотоники и термоэлектрических устройств. Теллур является значимым полупроводником, свойства которого напрямую зависят от геометрии и размеров наночастиц, поэтому глубокое понимание механизмов их роста необходимо для создания материалов нового поколения.
Наблюдение за ростом наноструктур
С помощью метода жидкостной просвечивающей электронной микроскопии (liquid-phase transmission electron microscopy) ученые изучили ранние этапы превращения растворенных компонентов в упорядоченные структуры. Выяснилось, что процесс стартует с возникновения первичных сферических зародышей, которые впоследствии трансформируются в вытянутые нанопровода.
В ходе наблюдений была зафиксирована «конкуренция» между соседними растущими структурами за доступный материал в растворе. Именно этот фактор определяет различия в скорости роста отдельных нитей и характере их ветвления. Согласно полученным данным, скорость формирования нанопровода варьируется от 1 до 15 нм в секунду и зависит как от интенсивности облучения, так и от плотности соседних наноструктур.
Источник: The University of Manchester
Влияние висмута на структуру материала
Особое внимание в работе уделено роли висмута как катализатора. Исследователи обнаружили, что введение наночастиц висмута радикально меняет динамику формирования теллура:
- Увеличивается количество активных центров зарождения.
- Структуры принимают сложную, разветвленную «папоротникообразную» форму.
- Снижается энергетический потенциал, необходимый для осаждения материала.
- Повышается общий выход продукта при неизменных внешних условиях.
Перспективы и практическое значение
Профессор Сара Хейг, руководитель группы, подчеркнула, что впервые удалось напрямую проследить за эволюцией нанопроводов в жидкости, что открывает возможности для точного контроля геометрии наноматериалов. Соавтор работы И-Чао Цзоу отметил, что выявленный эффект висмута воспроизводится не только в условиях микроскопа, но и при классической электродепозиции.
Полученные результаты позволяют не просто описывать, а целенаправленно настраивать процесс синтеза наноматериалов. Это значительно ускорит внедрение теллуровых структур в новые сенсоры, высокоэффективные устройства для преобразования энергии и инновационные электронные компоненты, где требуются строго заданные физические параметры.
