Wissenschaftler beobachten erstmals die Bildung von Tellur-Nanodrähten in Flüssigkeit

Forscher des National Graphene Institute der University of Manchester und der Sun Yat-sen Universität in China haben einen bedeutenden wissenschaftlichen Durchbruch erzielt. Es gelang ihnen erstmals, den Bildungs- und Wachstumsprozess von halbleitenden Tellur-Nanostrukturen in einem flüssigen Medium in Echtzeit aufzuzeichnen. Diese Entdeckung ermöglicht eine präzisere Steuerung von Materialien, die in der modernen Elektronik und Energietechnik eine wichtige Rolle spielen. Laut Ixbt.com berichtet die Nachricht.

Tellur ist ein extrem wichtiger Halbleiter, der häufig in der Elektronik, in thermoelektrischen Geräten und in der Optoelektronik eingesetzt wird. Die Eigenschaften dieses Materials hängen direkt von seiner Form und Größe ab, weshalb die Kontrolle des Wachstumsprozesses für Wissenschaftler stets eine Priorität war. Laut Ixbt.com nutzten die Forscher die Flüssigphasen-Elektronenmikroskopie, um die ersten Bildungsphasen von Tellur zu beobachten.

Wettbewerb und Wachstumsdynamik zwischen Nanostrukturen

Beobachtungen zeigten, dass der Prozess mit dem Erscheinen sphärischer "Keim"-Partikel beginnt. Anschließend wachsen aus diesen Keimen längliche Nanodrähte. Interessanterweise konkurrieren während des Wachstums mehrere Strukturen um die verfügbaren Rohstoffressourcen. Infolge dieses Wettbewerbs unterscheiden sich die Wachstumsgeschwindigkeit und die Verzweigung einiger Drähte erheblich.

Messungen ergaben, dass die Wachstumsgeschwindigkeit der Tellur-Nanodrähte zwischen 1 und 15 Nanometern pro Sekunde variiert. Dieser Wert hängt von den Bestrahlungsbedingungen und der Dichte benachbarter Strukturen ab. Wissenschaftlern gelang es erstmals, die lokale Wachstumsdynamik quantitativ mit dem realen Wettbewerb von Nanostrukturen in Flüssigkeit zu verknüpfen.

Die revolutionäre Wirkung von Bismut-Zusätzen

Ein weiterer wichtiger Teil der Forschung betrifft die Untersuchung der Wirkung von Bismut-Nanopartikeln. Es stellte sich heraus, dass die Zugabe von Bismut den Bildungsmechanismus von Tellur drastisch verändert. Es erhöht die Anzahl der Keimzentren, was zur Bildung komplexer, verzweigter Strukturen in "farnartiger" Optik führt.

Zusätzliche Experimente bestätigten, dass Bismut das für die Tellur-Ausfällung erforderliche Potenzial senkt und die Gesamtausbeute des Materials unter gleichen Bedingungen erhöht. Laut Professor Sarah Haigh ist dies der erste Fall, der die direkte Beobachtung ermöglicht, wie Tellur-Nanodrähte in einem flüssigen Medium entstehen und sich entwickeln.

Es wird erwartet, dass diese Neuerung in Zukunft folgende Bereiche revolutionieren wird:

• Entwicklung hocheffizienter thermoelektrischer Generatoren;
• Steigerung der Empfindlichkeit von Halbleitersensoren;
• Weitere Miniaturisierung elektronischer Geräte;
• Steigerung der Effizienz von Energierückgewinnungssystemen.

Die Autoren betonen, dass die Kombination aus Flüssigphasen-Elektronenmikroskopie und kontrollierten Zusätzen es ermöglicht, Nanomaterialien nicht nur zu beschreiben, sondern ihre Wachstumsmechanismen gezielt einzustellen. Dies beschleunigt die Entwicklung einer neuen Generation von Geräten mit ultrapräzisen Parametern.