結晶方位

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3532 (2023) この記事を引用

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半導体ナノワイヤ (NW)、特に ZnSe NW の結晶変形メカニズムと機械的挙動は、強い方位依存性を示します。 しかし、さまざまな結晶方位に対する引張変形メカニズムについてはほとんどわかっていません。 ここでは、分子動力学シミュレーションを使用して、閃亜鉛鉱 ZnSe NW の機械的特性および変形メカニズムに対する結晶方位の依存性を調査します。 [111]配向のZnSe NWの破壊強度は、[110]および[100]配向のZnSe NWの破壊強度よりも高い値を示すことがわかりました。 正方形の ZnSe NW は、考慮されたすべての直径において、六角形と比較して破壊強度と弾性率の点でより大きな値を示します。 温度が上昇すると、破壊応力と弾性率が急激に減少します。 {111} 面は [100] 配向の低温での変形面であることが観察されます。 逆に、温度が上昇すると、{100} 面が活性化され、第 2 の主劈開面として寄与します。 最も重要なことは、[110] 配向の ZnSe NW は、歪み速度の増加に伴って多くの異なる劈開面が形成されるため、他の配向と比較して最も高い歪み速度感度を示します。 計算された動径分布関数と原子あたりの位置エネルギーは、得られた結果をさらに検証します。 この研究は、効率的で信頼性の高い ZnSe NW ベースのナノデバイスおよびナノメカニカル システムの将来の開発にとって非常に重要です。

最近、半導体ナノワイヤ (NW) の機械的挙動が強い配向依存性を示すことが実験的に 1,2 、理論的に 3,4 実証されました。 NW 系では、さまざまな結晶方位に沿った重大な異方性の機械的特性が観察されます 5、6、7。 電気および熱伝導率、圧電分極、屈折率、表面反応性、バンドギャップなどの他の物理的特性は、結晶成長方向を制御することによって正確に変更できます2、8、9、10。 異なる方向に成長するウルツ鉱/閃亜鉛鉱NWの側面には違いがあります。 これらの違いにより、完全および部分的な転位滑りと変形双晶化の変形メカニズムが大きく変化する可能性があります11、12、13、14、15。 さらに、結晶配向が温度およびひずみ速度と関連している場合、全体的な変形と局所的な変形の間の競合、異なる面の活性化の変化、および面間距離の影響による異なる変形メカニズムが NW で発生します16、17、18、19、20。 、21。 したがって、結晶方位に依存する特性をより深く理解することは、現実世界のアプリケーションにおける NW の製造と機能に不可欠です。

一方で、半導体 NW は、レーザー ダイオード、光検出器、電界効果トランジスタ (FET)、太陽電池などのナノスケール デバイスの独特な応用、微視的物理学、製造により、これらの研究分野において非常に有望なものとなっています。 特に、亜鉛ブレンド ZnSe NWs22 は、機械的柔軟性、透過率、導電性といった優れた性能と、安価な合成により、次世代のナノエレクトロニクス材料として大きな注目を集めています。 さらに、閃亜鉛鉱 ZnSe は、直接バンドギャップ (約 2.7 eV)、高い吸収係数、適切な電気陰性度、および独特の非線形特性により、青色レーザー用途、光導波路、熱電システム、発光ダイオード、ナノセンサー、ナノアクチュエーター、ナノ共振器、および磁気情報ストレージ27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37。 しかし、理論 23,24,26,38,39 と実験 40,41,42,43,44,45,46 の両方において、閃亜鉛鉱 ZnSe NW の電子的、熱的、光学的特性を評価するための多大な努力にもかかわらず、私たちの知る限り、それらの機械的特性に関する研究はありません。 特に、異なる結晶方位に対する引張変形メカニズムは文献で報告されていません。 さらに、温度やひずみ速度、配向などのさまざまな外部変数下での機械的強度の変化も不明です。