Quan sát quá trình "lớn lên" của tinh thể
Chuyển pha (nucleation) là quá trình trung tâm khi nghiên cứu sự hình thành các loại vật liệu. Hình thành các hạt chất lỏng, các bọt khí trên bề mặt bay hơi ở trạng thái bão hòa có thể sảy ra trong các giai đoạn chuyển pha. Nghiên cứu tính chất cũng như tốc độ chuyển pha cùng các yếu tố ảnh hưởng, đặc biệt là sự phụ thuộc của tốc độ chuyển pha vào trạng thái bão hòa bề mặt, được quan tâm khi chế tạo các vật liệu nano. Các công nghệ mới sử dụng kính hiển vi điện tử tiên tiến đã cho phép quan sát chuỗi các sự kiện trong quá trình chuyển pha trên bề mặt bay hơi rắn-lỏng (vapor-liquid-solid) tại đó dạng hơi của một hay nhiều chất ngưng tụ trên chất nền để tạo các hạt chất lỏng - bước khởi đầu cho hình thành vật liệu nano. Khi trạng thái bão hòa được thiết lập, các tinh thể được hình thành và phát triển. Nhóm nghiên cứu của Kim và đồng nghiệp tại ĐH Purdue, ĐH California Los Angeles và Trung tâm nghiên cứu của IBM tại New York (Mỹ) đã quan sát quá trình hình thành các phần tử silicon từ các giọt silicon-vàng (gold-silicon droplet) và sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua để theo dõi quá trình "lớn lên" của những hạt tinh thể này. Các quan sát cho thấy tốc độ chuyển pha để hình thành tinh thể có đường kính lớn hơn hoặc bằng 12 nano mét không phụ thuộc vào trạng thái siêu bão hòa của bề mặt chất nền.
Công bố được đưa trên tạp chí Science 14 November 2008: Vol. 322. no. 5904, pp. 1070 - 1073.
Tóm tắt[sửa]
Tiêu đề: Kinetics of Individual Nucleation Events Observed in Nanoscale Vapor-Liquid-Solid Growth
We measured the nucleation and growth kinetics of solid silicon (Si) from liquid gold-silicon (AuSi) catalyst particles as the Si supersaturation increased, which is the first step of the vapor-liquid-solid growth of nanowires. Quantitative measurements agree well with a kinetic model, providing a unified picture of the growth process. Nucleation is heterogeneous, occurring consistently at the edge of the AuSi droplet, yet it is intrinsic and highly reproducible. We studied the critical supersaturation required for nucleation and found no observable size effects, even for systems down to 12 nanometers in diameter. For applications in nanoscale technology, the reproducibility is essential, heterogeneity promises greater control of nucleation, and the absence of strong size effects simplifies process design.
18/11/2008, Nguyễn Bá Tiếp
