Nanoscale Crystal Growth: The Importance of Interfaces and Phase Boundaries Kristallväxt på Nanometer Skala: Vikten av Ytor och Gränser

Abstract: Popular Abstract in Swedish För material på nanoskalan har ytor och gränser större betydelse för materialets egenskaper än de har för storskaliga material. Detta beror på att yt/volymförhållandet är större för material på nanoskalan än för samma material på större skala. Ett fast material där atomerna sitter i en ordnad struktur eller gitter kallas för kristall. En kristall växer när ?nya? atomer binder till ytorna av den befintliga kristallen, och gittret fortsätter. Det betyder att kristallväxten sker på gränsen mellan den växande kristallens yta och källmediet, som är källan av de ?nya? atomer. Förståelse för den struktur samt de processer och reaktioner som sker på dessa ytor är därför viktigt för att kunna förklara kristallväxt. Hur växt av tre-, två-, och till en vis del endimensionella kristaller beror på ytorna har undersökts tidigare. Förståelse för de mekanismer som förklarar kristallväxt har förbättrat tillverkning nanostrukturer och komponenter. Detta har varit viktigt både ur vetenskaplig och också kommersiell synvinkel. Denna avhandling är baserad på forskning om nanokristallernas ytor och gränser. Den förklarar hur kontrollen av nanokristallväxt kan förbättras och beskriver de framsteg som gjorts på grund av förståelsen för växtprocesser som sker vid dessa ytor. Först presenteras en sammanfattning av de uttryck och koncept som används inom kristallväxt. Därefter förklaras, med hjälp av dessa koncept, en ny teknologi som har utvecklats för att tillverka kvantprickar av halvledarematerial. Huvuddelen av avhandlingen ägnas åt att förklara kristallväxt av endimensionella nanostrukturer, nanotrådar, växta i ett system som har minst tre olika faser eller material. Den vanligaste förklaringen av nanotrådsväxt i ett trippel-fas system kallas vapor-liquid-solid (VLS ) mekanismen, gas-vätska-fast-fas mekanismen. VLS och liknande förklaringar brister i detaljerna kring de växtprocesser som är involverade i nanotrådsväxten och undersökning av de olika växtmekanismerna visar att det i realiteten är samma växtprocesser som styr växterna. Nyckeln till en bättre förståelse och kontroll av nanotrådsväxt ligger i att förstå just dessa växtprocesser. På grund av den fundamentala likheten mellan de nanotrådsväxtmekanismerna med olika namn, så föreslås ett nytt namn som ersättning för alla de andra namnen, nämligen Preferential phase-boundary nucleation. Detta betyder att nukleeringen eller kärnbildningen av kristallen sker fördelaktigt eller snabbare på bara en av gränserna som är involverade i nanotrådväxten. Till skillnad mot tidigare namn på mekanismen som förklarar nanotrådsväxten, så är detta namn relaterat till både processerna i mekanismen och också betonar att olika faser och deras gränser har betydelse vid nanotrådväxt. Tidigare namn betonar bara specifika faser. Bättre förståelse för strukturen samt för växtprocesserna på ytor och gränser leder till en ökad kontroll av växt av nanostrukturer.