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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. А. Небольсин

Воронежский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: vcmsao13@mail.ru
Russian Federation, ул. 20-летия Октября, 84, Воронеж, 394026

В. А. Юрьев

Воронежский государственный технический университет

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

А. С. Самофалова

Воронежский государственный технический университет

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

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
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.

Download (32KB)
Indexing metadata
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).

Download (33KB)
Indexing metadata
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).

Download (24KB)
Indexing metadata
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.

Download (10KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences