Эксперименты показали, что дрейфующие электроны перемещают атомы на поверхности в 20 раз быстрее
Исследователи из США получили новые важные данные относительно того, как электроны путешествуют по металлическим нанопроводам под действием вешнего электрического поля. Обнаружилось, что силы, с которыми электроны взаимодействуют с атомами «по пути», по модулю намного больше, чем предполагалось ранее. Новые знания помогут в будущем разрабатывать электронные компоненты с принципиально новыми свойствами, а также перемещать отдельные атомы для создания уникальных наноструктур.
Электронные компоненты становятся все меньше, поэтому со временем разработчики испытывают необходимость в более глубоком понимании того, как электрические заряды путешествуют по крошечным цепям. Ведь, например, вызванная сильными электромагнитными полями миграция атомов в нанопроводе может вызвать значительные изменения его макроскопических электромагнитных свойств или даже механические повреждения. С другой стороны, такие перемещения могут использоваться и в «корыстных» целях – для создания различных наноструктур.
Учитывая это, группа ученых из University of Maryland начала свои изыскания в области исследования тонкостей транспорта электрических зарядов в миниатюрных проводниках с формирования на поверхности серебряных нанопроводов диаметром 2 – 50 нм группы наноструктур различной формы, содержащих от 100 до 100 тысяч отдельных атомов. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Science.
Для наблюдения того, как данные структуры перемещаются или изменяют форму, ученые использовали методику сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Оказалось, что сила, с которой перемещающиеся под действием внешнего электрического поля носители тока (в данном случае – электроны) воздействуют на атомы (проще говоря, «толкают» их) почти в 20 раз превосходит предсказанные из теоретических соображений значения. Наиболее удивительной картины группа добилась простым изменением направления электрического тока. Перемещающиеся по поверхности наноструктуры меняли направление своего движения вслед за изменением полярности.
Ученые считают, что так называемая сила «электромиграции» может быть использована во благо, а именно, для перемещения отдельных атомов на поверхности вещества с целью формирования необходимых наноструктур, т.е. для создания наномашин будущего.
В рамках своих исследований ученые также обнаружили, что сила «электромиграции» может быть в значительной степени снижена добавлением в проводник определенной примеси, а именно, дефекта, захватывающего свободные электроны. Такой примесью может стать, например, молекула C60. Для эффективного действия такие молекулы должны находиться по периметру наночастицы на поверхности.
В рамках следующего этапа исследований ученые планируют наблюдать наноструктуры на поверхности графена (одноатомного листа углерода, имеющего гексагональную двумерную кристаллическую решетку). Научная группа рассчитывает увидеть эффекты сходные тем, что они наблюдали на поверхности серебра. Результаты этой работы потенциально могут вести к разработке новых методик использования уникальных свойств такого материала как графен и, вероятно, других удивительных наноструктур.
