新型ZnSe纳米线-纵向孪晶纳米线

孪晶是纳米线中的一种常见的缺陷。它可以影响原子和电子在晶体材料中的迁移,并进而影响材料的光学、电学和机械性能,例如阻碍位错的滑移,并能在不损耗导电性的前提下加强材料的强度。因此,如果可以实现可控,孪晶纳米线可以为纳米器件的设计提供一个新的维度。目前,在纳米线中主要存在两种类型的孪晶:横向孪晶和纵向孪晶,它们的孪晶面分别与纳米线的中轴线垂直和平行。然而,横向孪晶纳米线已经被广泛的研究,而且横向孪晶中不连续的电子波函数可能会引起载流子的迁移率降低,不适合于器件应用。因此通过合理的设计向纳米线中引入纵向孪晶是一种理想的“裁剪”纳米线性能的方法。

基于此,最近东华大学的王春瑞教授课题组采用基于气-液-固生长机理的一步热蒸发法制备出了两种ZnSe基纵向孪晶纳米线,即ZnSe纵向孪晶纳米线和三明治结构的ZnSe纵向孪晶纳米线(外层是对称的闪锌矿ZnSe,中间是纤锌矿ZnSe),并对其生长机理进行了研究。他们认为这两种纵向孪晶纳米线是在ZnSe的相变过程中形成的,因为:(1)结构上,闪锌矿的{111}面和纤锌矿的{0001}面上原子的排列是相同的,因此可以通过晶面滑移来实现两种物相的转变;(2)ZnSe体材料的相转变温度约为1411 oC,而相变温度会随着颗粒尺寸和气压的减小而降低,由此推测硒化锌纳米线的相变温度远低于1411 oC(ZnSe纳米线直径小于100 nm,炉管中气压约230 Pa),极有可能低于1250 oC(纳米线的生长温度),即在纳米线的生长过程中可能发生了相变。这样ZnSe基孪晶纳米线的生长过程可能是这样的:升温阶段,在温度低于相变温度时,闪锌矿ZnSe开始成核并且开始成长;一旦温度高于相变温度时,已生长出的闪锌矿硒化锌将会转变为纤锌矿相,同时,由于纤锌矿在高温下更稳定,因此新成核生长的纳米线将会是纤锌矿相。降温阶段,在温度低于相变温度后,一些纤锌矿纳米线将会转变为闪锌矿相。在转变过程中,相变很可能最先发生在纳米线的外表面。在温度降至室温时,相变过程完成的纳米线就形成了ZnSe纵向孪晶纳米线;而相变过程没完成的纳米线,就形成了三明治结构的ZnSe纵向孪晶纳米线。ZnSe基纵向孪晶纳米线的制备及生长机理的研究为未来一维纳米结构的制备提供的强有力的支持,也为高性能光电子器件的制备铺平了道路。

Speak Your Mind

*