Гистерезисные эффекты смачивания при росте нитевидных нанокристаллов по механизму пар → жидкость → кристалл

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Представлены модели возникновения гистерезисных эффектов на периметре смачивания жидкофазной капли металла-катализатора, связанных с влиянием кромки торцевой (вершинной) грани нитевидных нанокристаллов (ННК) и линейного натяжения границы трехфазного контакта на краевые углы. Показано, что гистерезис краевого угла капли каталитической жидкости на торце растущего по механизму пар→жидкость→кристалл ННК обусловлен ее индифферентным равновесием на периметре смачивания. Сделан вывод о двойственной, не строго равновесной природе гистерезисного краевого угла при смачивании каплей катализатора кристаллической поверхности ННК.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

В. Небольсин

Воронежский государственный технический университет

Autor responsável pela correspondência
Email: vcmsao13@mail.ru
Rússia, ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж, 394026

В. Юрьев

Воронежский государственный технический университет

Email: vcmsao13@mail.ru
Rússia, ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж, 394026

А. Самофалова

Воронежский государственный технический университет

Email: vcmsao13@mail.ru
Rússia, ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж, 394026

Bibliografia

  1. Nebol’sin V.A., Dunaev A.I., Tatarenkov A.F., Shmakova S.S. Scenarios of stable VLS nanowire growth // J. Cryst. Growth. 2016. № 450. P. 207–214.
  2. Givargizov E.I. Fundamental aspects of VLS growth // J. Cryst. Growth. 1975. V. 31. P. 20–30.
  3. Dubrovskii V.G. Development of Growth Theory for VLS NWs: Contact Angle, Facets, Crystal Phase // Cryst. Growth Des. 2017. V.17. № 5. P. 2544 –2548.
  4. Maurice J.-L., Bulkin P., Ngo É., Wang W., Foldyna M., Florea I., Roca I., Cabarrocas P., Béjaud R., Duparc O.H. Visualizing the effects of plasma-generated H atoms in situ in a transmission electron microscope // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2022. V. 97. № 7. P. 1–5.
  5. Jacobsson D., Panciera F., Tersoff J., Reuter M.C., Lehmann S., Hofmann S., Dick K.A., Ross F.M. Interface dynamics and crystal phase switching in GaAs nanowires // Nature. 2016. № 531. P. 317–339.
  6. Panciera F., Baraissov Z., Patriarche G., Dubrovskii V. G., Glas F., Travers L., Mirsaidov U., Harmand J.-C. Phase selection in self-catalysed GaAs nanowires // Nano Lett. 2020. V. 20. № 3. P. 1669–1675.
  7. Marnauza M., Tornberg M., Mårtensson E.K., Jacobsson D., Dick A.K. Supporting information: In-situ observations of size effects in GaAs nanowire growth // Nanoscale Horizons. 2023. V. 8. № 8. P. 291–296.
  8. Nebol’sin V., Levchenko E.V., Swaikat N., Yuryev V. About a fundamental uncertainty of the contact angle of the catalyst drop on the top of the nanowire // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. P. 164302.
  9. Wen C.-Y., Hillerich K., Reuter M.C., Park J.H., Kodambaka S., Stach E.A., Ross F.M. Periodically changing morphology of the growth interface in Si, Ge and GaP nanowires // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. № 12. P. 025503.
  10. Ghisalberti L., Potts H., Friedl M., Zamani M., Güniat L., Tütüncüoglu G., Carter W.C., Fontcuberta I., Morral A. Questioning liquid droplet stability on nanowire tips: from theory to experiment // Nanotechnology. 2019. V. 30. P. 285604–285613.
  11. Nebol’sin V.A., Yuriev V.A., Swaikat N., Korneeva V.V., Vasnin E.N. On the Stability of Catalyst Drops at the VLS Contact during the Growth of Nanowires // RENSIT. 2022. V. 14. № 4. P. 381–392.
  12. Ressel B., Prince K.C., Heun S. Wetting of Si surfaces by Au-Si liquid alloys // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. № 7. P. 3886–3892.
  13. Harmand J.-C., Patriarche G., Glas F., Panciera F., Florea I., Maurice J.-L., Travers L., Ollivier Y. Atomic Step Flow on a Nanofacet // Phys. Rev. Lett. 2018. №16. Р.166101–166109.
  14. Свайкат Н. Физико-технологические аспекты управляемого роста ННК полупроводников: Дис. канд. техн. наук. Воронеж. 2022. 299 с.
  15. Young T. An essay on the cohesion of fluids // Philos. Trans. R. Soc. London. 1805. V. 95. P. 65–87.
  16. Nebol’sin V., Levchenko E. V., Swaikat N., Yuryev V. About a fundamental uncertainty of the contact angle of the catalyst drop on the top of the nanowire // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. P. 164302.
  17. Ребиндер П.А., Липец И.Е., Римская М.М., Таубман А.Б. Физико-химия флотационных процессов. Свердловск: Металлургиздат, 1933. 232 с.
  18. Adam N.K., Jessop G. Angles of contact and polarity of solid surfaces // J. Chem. Soc. 1925. V. 127. P. 1863–1868.
  19. Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J.T., Ras R.H.A. Surface-wetting characterization using contact-angle measurements // Nat. Protocols. 2018. V. 13. P. 1521–1538.
  20. Peeters W.H.J., Vettori M., Fadaly E.M.T., Danescu A., Mao C., Verheijen M.A., Bakkers E.P.A.M. Onset of uncontrolled polytypism during the Au-catalyzed growth of wurtzite GaAs nanowires // Phys. Rev. Mater. 2024. V. 8. P. L020401.
  21. Nebol’sin V.A., Dolgachev A.A., Dunaev A.I., Zavalishin M.A. On the general regularities of the growth of micro- and nanoscale Si whiskers // Bull. Rus. Acad. Sci., Phys. 2008. V. 72. № 9. P. 1217–1220.
  22. Cirlin G.E., Reznik R.R., Samsonenko Yu.B., Khrebtov A.I., Kotlyar K.P., Ilkiv I.V., Soshnikov I.P., Kirilenko D.A., Kryzhanovskaya N.V. Phosphorus-Based Nanowires Grown by Molecular-Beam Epitaxy on Silicon // Semiconductors. 2018. V. 52. № 11. P. 1416–1419.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. SEM images of the tips of SiC (a), GaAs [14] (b) and Si (c) NWs, illustrating the almost ideal truncated spherical shape of the catalyst droplets.

Baixar (32KB)
Metadados
3. Fig. 2. Formation of a “pedestal” of Si NWCs in the Au–Si system (a); a sudden change in the NWC diameter (left) and rupture of a droplet (right) with a sharp change in temperature during the growth of SiхGe1−х NWCs (b).

Baixar (33KB)
Metadados
4. Рис. 3. Изгибание ННК Si в сторону более горячей зоны реактора при росте в условиях поперечного градиента температур (а) и сползание каталитических капель In на боковые стенки ННК InAs, выращенных на подложках GaAs{111}B при Т = 803 К, в результате послеростового отжига в течение 15 мин [6] (б).

Baixar (24KB)
Metadados
5. Fig. 4. Stopping the wetting perimeter of a catalyst droplet at the annular fracture of the PAN (crystal edge) on the end face {111} of the NWC.

Baixar (10KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024