наноструктуры, спонтанно упорядоченные (англ. spontaneously ordered nanostructures) — периодические пространственно упорядоченные наноструктуры, спонтанно формирующиеся на поверхности твердых тел и в эпитаксиальных пленках в процессах роста или отжига.

Описание

Спонтанно упорядоченные наноструктуры можно разделить на четыре группы (см. рис.):

  1. структуры с периодической модуляцией состава в эпитаксиальных пленках твердых растворов полупроводников;
  2. периодически фасетированные поверхности;
  3. периодические структуры плоских доменов (например, островков монослойной высоты);
  4. упорядоченные массивы трехмерных когерентно напряженных островков в гетероэпитаксиальных системах.
Спонтанное образование структур с модулированным составом в твердых растворах связано с неустойчивостью однородного твердого раствора относительно спинодального распада. Конечным состоянием распадающегося твердого раствора является одномерная слоистая структура концентрационных упругих доменов, чередующихся вдоль одного из направлений наиболее легкого сжатия.

Спонтанное фасетирование плоской поверхности кристалла связано с ориентационной зависимостью поверхностной свободной энергии. Плоская поверхность с большой удельной поверхностной энергией самопроизвольно трансформируется в структуру холмов и канавок, что уменьшает полную свободную энергию поверхности, несмотря на увеличение площади поверхности. Возникновение периодически фасетированной структуры связано с капиллярными явлениями на поверхности твердого тела.

Структуры плоских доменов формируются, если на поверхности сосуществуют различные фазы. В этом случае на границах доменов возникают силы, создающие поле упругих деформаций, и полная энергия системы плоских доменов всегда имеет минимум при некотором оптимальном периоде.

Упорядоченные массивы когерентно напряженных островков образуются в гетероэпитаксиальных системах типа InGaAs/GaAs(001) и InAs/GaAs(001) благодаря обмену веществом между островками по поверхности. Если изменение поверхностной энергии системы при образовании одного островка отрицательно, то в системе отсутствует тенденция к коалесценции, и возможно существование равновесного массива островков, имеющих некоторый оптимальный размер и упорядоченных в квадратную решетку.

Иллюстрации

Спонтанно упорядоченные наноструктуры с периодом D: а — структуры с модуляцией состава тверд

Спонтанно упорядоченные наноструктуры с периодом D: а — структуры с модуляцией состава твердого раствора A1–xBxC от x1 до x2; б — периодически фасетированные поверхности; в — периодические структуры плоских упругих доменов; г — упорядоченные массивы трехмерных когерентно напряженных островков на подложке.


Автор

  • Гусев Александр Иванович

Источники

  1. Леденцов Н.Н. и др. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры // ФТП. 1998. Т. 32. С. 385–410.
  2. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М.: Физматлит, 2007. — 416 с.

Напишите нам