روش های «بالا به پایین» مرسوم برای ساخت نانوابزارها نقص های زیادی دارند. بنابراین علاقه به روش های «پایین به بالا» در حال رشد است، در این راهبردها هر جز به خودکار در کنار بقیه اجزا قرار می گیرد(خود-گردایش). اکنون دانشمندان روشی نوین برای تولید نانوسیم های ژرمانیوم توسعه داده اند که بر خلاف تلاش های سابق، می تواند مستقیما در طی ساخت و بدون نیاز به کاتالیزور فلزی برای القای خود-گردایش، روی ریزتراشه رشد کند.

ساخت پایین به بالا بسیار دقیقا و تجدیدپذیر است زیرا جزء موردنظر اساسا اتم به اتم ساخته می شود. مثلا با کمک نانوساختارهای فلزی که ماده شبه رسانا را تقویت می کنند، نانوسیم های شبه رسانا به تدریج شبیه گیاهان کوچک رشد می کنند و سپس از یک جهت این ماده خارج می شود. نقص روش آن است که کاتالیزور فلزی می تواند سیم را بیالاید. نقص دیگر این است که یکپارچه کردن این سیم های عمودی رشد یافته با سیلیکون بسیار دشوار است.

برای جلوگیری از این مشکل، ژیاژون ژانگ[1] از موسسه حالت جامد و پژوهش مواد لایبنیتز، درسدن، آلمان و همکارانش روشی بدون کاتالیزور را برای ساخت نانوسیم ها روی یک سطح تخت ایجاد کرده اند. با استفاده از اپیتکسی پرتو مولکولی آن ها لیه نازکی از ژرمانیوم را روی یک زیرلایه سیلیکون نشاندند. سپس نمونه هایشان را 560 درجه سانتی گراد حرارت دادند. ژرمانیوم ابتدا در شکل های جزیره ای چادرمانند جمع شدند که به آن ها «خوشه های داغ» می گویند. اما بعد از چند ساعت طول این جزیره ها به چند میکرون رسید در صورتی که ارتفاع آن ها در حدود سه واحد سلولی(تقریبا 2 نانومتر) بود. مدلسازی نظری نشان داد که سیم بدین خاطر رشد می کنند که شکل چادرمانند انرژی سطح لایه ژرمانیوم را کاهش می دهد. سطح مقطع کوچک و یکنواخت نانوسیم ها باعث می شود تا برای قطعاتی خاص ایده آل باشند؛ به ویژه قطعاتی گه اسپین حامل های بار را کنترل می کنند.

منبع:

Synopsis: Self-Elongating Nanowires, APS Physics, 23 August 2012, link

مرجع:

Monolithic Growth of Ultrathin Ge Nanowires on Si(001),J. J. Zhang, G. Katsaros, F. Montalenti, D. Scopece, R. O. Rezaev, C. Mickel, B. Rellinghaus, L. Miglio, S. De Franceschi, A. Rastelli, and O. G. Schmidt, Phys. Rev. Lett. 109, 085502 (2012)