Группа исследователей из Университета Нагоя в Японии разработала инновационную технику выращивания металлических нанопроволок (НП), которые, как ожидается, будут использоваться в электронике следующего поколения. Результаты их работы открывают путь к массовому производству чистых металлических НП, что ранее ограничивало их применение. Эта техника обещает повысить эффективность производства электроники, включая схемы, светодиоды и солнечные батареи.
Проблемы массового производства: качество и чистота
Массовое производство НП долгое время было сложной задачей из-за трудностей с масштабированием производства при сохранении высокого качества и чистоты. Нанопроволки (нанопровода) настолько малы, что они создаются путём транспортировки атомов, минимальной составляющей вещества, обычно в газообразном состоянии. Однако для металлов это представляет сложности, что препятствовало производству этих важных компонентов электроники.
Инновационная методика: диффузия атомов и ионное облучение
Для решения этой проблемы группа под руководством Ясухиро Кимуры из Высшей школы инженерии Университета Нагоя использовала атомную диффузию в твёрдом состоянии, усиленную облучением ионным пучком, для создания алюминиевых нанопроводов из монокристаллов. Атомная диффузия — это процесс, при котором атомы или молекулы перемещаются из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией под воздействием тепла.
С помощью ионных пучков зерна кристаллов облучаются внутри тонкой алюминиевой плёнки, чтобы увеличить их на поверхностном слое. Это вызывает изменения в распределении напряжений, направляя поток атомов для обеспечения роста НП в специфических местах. На практике, когда применялось тепло, атомы перемещались вверх через градиент от мелких зерен внизу к крупным наверху, что приводило к массовому росту нанопроводов.
Успехи и перспективы: прорыв в технологии
"Мы увеличили плотность алюминиевых НП с 2x10^5 до 180x10^5 на квадратный сантиметр," — сообщил Кимура. "Это достижение открывает путь к методам роста металлических НП снизу вверх, которые до сих пор выращивались только случайно и в малых количествах. В принципе, этот метод может быть расширен и на другие металлы."
Полученные алюминиевые НП, благодаря своим уникальным свойствам, таким как большая поверхность, хорошие механические свойства, обусловленные изготовлением из монокристаллов, и устойчивость к естественному окислению, ожидается, будут использоваться в качестве нанокомпонентов в сенсорах и оптоэлектронике.
Заключение: будущее нанотехнологий
"Мы реализовали массовый рост металлических НП, похожих на лес, используя всего три ключевых процесса: осаждение тонкой плёнки на подложку, облучение ионным пучком и нагрев," — объясняет Кимура. "Наша техника решает насущную необходимость в разработке методов массового производства, особенно в производстве высокопроизводительных наноустройств, таких как газовые сенсоры, биомаркеры и оптоэлектронные компоненты."
Таким образом, разработка японских учёных открывает новые горизонты в производстве нанопроводов, что может значительно повлиять на развитие электроники и нанотехнологий в целом, способствуя созданию более эффективных и миниатюрных устройств для различных областей применения.
Источник: Science, nagoya-u.ac.jp
