Найден ключ к созданию долговечной металлической нанопроволоки
|
Физики из Аризонского университета построили теорию, которая объясняет механизм истончения металлических нанопроводов. Эта теория указывает путь создания более долговечных проводников сечением всего в десятки атомов и даже меньше.
Нанопроволока находится в зоне повышенного внимания производителей электронных компонентов, надеющихся использовать ее для дальнейшей миниатюризации своей продукции. Считается, что в следующем десятилетии она может обеспечить очередной технологический прорыв не только в электронике, но также в медицине, электроэнергетике и многих других отраслях. Японские, голландские, испанские, бразильские и американские экспериментаторы уже научились "вытягивать" нанопроволоку, диаметр которой измеряется всего несколькими атомами. Но, к сожалению, срок жизни таких нанопроводов даже при комнатной температуре пока совершенно недостаточен для промышленного использования.
Дело в том, что тепловые флуктуации порождают в нанопроволоке коллективные движения атомов — солитоны. Эти солитоны способствуют тому, что атомы мигрируют от более тонких участков проволоки к более толстым, пока не происходит разрыв волокна. Протекание этого процесса определяется противостоянием сил поверхностного натяжения и взаимного притяжения атомов, которое удерживает их в составе провода.
Как показали исследователи из Аризонского университета, исход борьбы этих сил зависит от температуры и коэффициента поверхностного натяжения металла. Пока температура мала, солитоны не возникают. Но стоит ей подняться выше определенного предела, — они уже тут как тут и начинают свое черное дело. Согласно теоретическому анализу, величина энергетического барьера, за которым начинают возникать солитоны, пропорциональна квадратному корню из коэффициента поверхностного натяжения и не зависит от толщины проволоки.
Это довольно неожиданный результат. Поверхностное натяжение, вообще говоря, стремится разделить проволоку на маленькие шарики, и, казалось бы его рост должен увеличивать склонность проволоки к разрыву. Однако на деле все обстоит наоборот, поскольку истончение проволоки происходит не плавно, а как результат волновой неустойчивости на ее поверхности. Высокое поверхностное натяжение препятствует развитию этой неустойчивости.
Построенная теория дает четкое указание, как выбирать материал для создания надежных нанопроводов. Одним из лучших материалов для них является медь, которая обладает самым большим коэффициентом поверхностного натяжения среди металлов, из которых умеют делать нанопроволоку.
Дополнительные ссылки:
Видеоролик (16 Мбайт), демонстрирующий с атомным разрешением процесс создания золотой нанопроволоки.
