Graphene种植的Ingaas纳米线具有独特的结构

在图石墨烯生长的相隔离的InGaAs / InAs纳米线的示意图和在不同的基材上生长的单相InGaAs纳米线。Parsian Mohseni的图形

Urbana-Champaign的伊利诺伊大学的研究人员已经在一片石墨烯上生长了铟镓砷（Ingaas）的纳米线，发现石墨烯中生长的InGaAs电线自发地分离成伊索·壳（InAs）核心，周围电线的外部。

Champaign，伊利诺伊州 - 当一支伊利诺伊州大学工程师出发时，在一片石墨烯的顶部成长为纳米线，他们并没有想到发现新的外延范式。

自组装线具有一种组合物的核心和另一个组合物的核心，对于许多先进的电子产品应用，一种所需的特征。李林教授领导，与教授Eric Pop和Joseph Lyding，所有电气和计算机工程教授合作，团队在纳米信件中发表了其调查结果。

纳米线，微小的半导体材料串，具有巨大的应用在晶体管，太阳能电池，激光器，传感器等中的应用。

“纳米线真的是未来纳米器件的主要建筑块，”博士后研究员Parsian Mohseni表示，第一个研究作者。“纳米线是可以使用的组分，基于您在任何功能电子应用程序中脱离的材料。”

单个纳米线的假彩色显微镜图像，显示INAS核心和InGaAs壳。Parsian Mohseni的图形

李的小组使用一种称为范德华的方法外延，将纳米线从底部上升到半导体材料的扁平基板上，例如硅。纳米线由一类称为III-V（三五）的材料制成，化合物半导体，其特定承诺，用于涉及光的应用，例如太阳能电池或激光器。

本集团以前报道硅上生长III-V纳米线。虽然硅是设备中使用最广泛的材料，但它具有许多缺点。现在，本集团在石墨烯片材上生长了材料铟镓砷（InGaAs）的纳米线，具有出色的物理和导电性能的1-原子厚的碳。

由于其薄薄，石墨烯是灵活的，而硅是刚性和脆弱的。它也像金属一样，允许直接电接触纳米线。此外，它是便宜的，从石墨块或从碳气体生长而脱落。

“我们想要在石墨烯上增长的原因之一是远离厚厚的昂贵的基板，”Mohseni说。“传统太阳能电池的大约80％的制造成本来自基板本身。只需使用石墨烯，我们已经离开了。不仅有固有的成本效益，我们还引入了典型基板没有的功能。“

研究人员将含有镓，铟和砷的气体泵入具有石墨烯片的腔室中。纳米线自组装，自身生长成横跨石墨烯表面的垂直线的致密地毯。其他基团在石墨烯上生长纳米线，用化合物半导体具有两个元素，而是通过使用三种元素，伊利诺伊州组成了独特的发现：在石墨烯上生长的InGaAs电线自发地分离成铟植物（InAs）芯，在电线外部围绕着InGaAs壳。

“这是出乎意料的，”李说。“许多设备需要核心壳架构。通常，您在一个生长条件下核心并改变条件以在外面种植壳。这是自发的，一步完成。另一件好事是，由于它是一个自发的隔离，它会产生完美的界面。“

那么是什么原因是这种自发核心壳结构？通过巧合，INAS晶体中的原子之间的距离与一片石墨烯中的整数之间的距离几乎相同。因此，当气体管道进入腔室并且材料开始结晶时，InAs落入石墨烯上，近乎完美的拟合，而镓化合物在电线的外部沉积。这意外，因为通常，对于van der WaaS外延，因此材料和基板的各个晶体结构不应该物质。

“我们没想到它，但一旦我们看到它，它就会有意义，”莫赫尼说。

另外，通过将镓与半导体鸡尾酒中的铟的比例调节，研究人员可以调整纳米线的光学和导电性能。

接下来，李的小组计划与其石墨烯生长的纳米线制造太阳能电池和其他光电器件。由于电线的三元组成和石墨烯的灵活性和电导率，李希望将电线集成在广泛的应用中。

“我们基本上发现了一种确认登记处的新现象，即van der Waals外延，”李说。

这项工作部分得到了能源部和国家科学基金会的支持。博士后研究员Ashkan Behnam和研究生Joshua Wood和Christopher英语也是本文的共同作者。李也隶属于贝克曼高级科学技术研究所，微型和纳米技术实验室，以及弗雷德里克Seitz材料研究实验室，所有人都在美国。

出版物：Parsian K. Mohseni等人，“石墨烯的Inxga1-XAs纳米线增长：范德瓦尔斯外延诱导的相位隔离，”纳米盐酸。，2013,13（3），PP 1153-1161; DOI：10.1021 / NL304569D

图片：Parsian Mohseni.