과학자들이 결정에 대해 이야기 할 때, 그들은 종종 단결정을 의미합니다. 이 고도로 정렬 된 구조는 반복적 인 3 차원 패턴으로 배열 된 원자, 분자 또는 이온으로 구성됩니다. 반복되는 건물 블록 장치는 규칙적이고 서로 깔끔하게 쌓여 있기 때문에 단결정은 강력하고 균일하며 특성화하기 쉬운 경향이 있습니다.
그러나 자연은 완벽한 단결정을 거의 제공하지 않습니다. 대신, 재료는 종종 더 작고 무작위로 배향 된 단결정의 호지 포지 인 다결정 응집체로서 온다.
물질의 특성은 원자 또는 분자가 어떻게 함께 포장되는지에 크게 의존하기 때문에 이러한 차이는 중요합니다. 예를 들어, 실리콘 태양 전지 및 LED의 성능은 재료의 작은 단결정의 크기와 방향에 따라 다릅니다.
이제 ACS Nano 저널에보고 한 연구원들은 결정의 성장을 어떻게 촬영했는지 설명합니다. 버지니아 대학교의 Yassar Dahman이 이끄는이 팀은 원자력 현미경으로 알려진 현미경 방법을 사용하여 작은 결정이 실리콘 기질에 핵 생성되는 방법을 지켜 보았습니다.
원자력 현미경은 주사 프로브 현미경과 유사한 날카로운 캔틸레버를 사용하여 표면을 스캔합니다. 캔틸레버가 샘플을 가로 질러 이동함에 따라 팁과 표면 사이의 일정한 힘을 유지하기 위해 필요에 따라 수직 위치가 조정됩니다. 그런 다음 결과 데이터를 사용하여 표면 지형이 스캔을 따라 어떻게 변하는지를 결정할 수 있습니다.
이 그룹은 측면에서 2 마이크로 미터보다 약간 큰 영역을 스캔하여 2 밀리 초마다 기기를 설립했습니다.이 과정은 30 분 이상 계속되었습니다. 연구원의 비디오는 나노 미터 규모의 결정질 섬이 기질에 어떻게 형성되는지 보여줍니다. 이 비디오는 또한 섬이 빠르게 자라서 서로 합쳐지고 재료가 재배치 될 때 표면 주위를 움직여 결국 더 크고 완벽한 결정을 형성한다는 것을 보여줍니다.
Dahman은“작은 섬 핵 생물을 볼 수 있으며, 성장을 시작하고 결국 다른 섬을 치고 합병 할 것입니다.
Dahman은 필름의 시간 규모가 터널 현미경과 같은 표면에서 원자의 움직임을 이미지화하는 데 사용되는 다른 기술보다 훨씬 빠른 순서라고 지적합니다. "여기서 우리가 보여주는 것은 표면을 매우 느리게 조사하기 때문에 정적 이미지를 보여주는 기술로 보는 것과는 매우 다릅니다."라고 그는 말합니다. "우리는 스틸 이미지 대신 영화를보고 있습니다."
이 기술은 또한 섬이 처음에는 다른 구조물을 가지고 있음을 보여 주지만, 결정이 더 커짐에 따라 가장 안정적인 구조가 인수된다고 Dahman은 말합니다. "더 안정적인 구조는 표면 에너지가 낮은 구조입니다."라고 그는 설명합니다.
Dahman 은이 팀은 새로운 현미경 방법을 사용하여 다른 재료가 실시간으로 성장하는 방법을 연구하고 재료가 특정 결정 구조를 채택하고 다양한 응용 분야에 더 나은 재료를 설계하는 이유에 대해 더 많이 배우기를 희망한다고 말합니다.
이 연구에 참여하지 않은 시카고 대학교의 Matthew J. Highland는이 작품이“매우 흥미롭고 흥미 진진한 것”이라고 말합니다.
"나노 스케일에서 현장에서 결정 성장의 진화를 관찰하는 능력은 현장에 큰 가치가있다"고 그는 말했다. 또한 연구원들은 실리콘에서 자라는 결정을 이미지화했지만 Highland는“이 기술은 유기 반도체, 금속 산화물 및 생체 분자를 포함한 다양한 다른 재료 시스템에도 동일하게 적용 할 수 있습니다.
