Advanced Materials：在任意形狀的基體表面電沉積三維金屬納米結構

新聞簡介：

未來信息技術的發展很大程度上取決于我們控制材料微觀結構的技術。在微電子學和自旋電子學中，研究三維結構制造的模式，能夠幫助加快信息傳遞的效率，增加功能的整合程度。納米線可被用于下一代計算設備，目前，已經有許多種方式可以用來生產特定直徑和化學組成的納米線。然而，制造耐用、空間有序的三維納米線陣列仍然充滿了挑戰性。

近期在Advanced materials上發表的文章表明，相關研究人員已經發明了一種空前的制造方法，可以在任意形狀的材料表面上以自組織的方式制得金屬鈷納米線。與傳統的的納米線生長方式不同，該研究采用了超級薄膜技術，使得納米線的生長朝著與縱軸垂直的方向進行，因而成功地得到了渴望已久的三維納米線結構。研究中提及的生產模式，代表了生產金屬納米線的一個重大進展：通過改變電沉積時的恒定電壓，能夠幫助控制納米線的寬度和間距，并且該納米陣列可在任意形貌的材料表面生成。

該研究推動了磁性納米結構研究的發展，將對自旋電子學和微電子學產生重大影響，并且為進一步發展設計生產3D設備的技術打下了良好的基礎。

圖文導讀：

圖1：a.制造步驟的流程示意圖。 b.納米線陣列的宏觀形態。 c.納米線上化學元素分布圖。 d.納米線電子衍射花樣。

圖1：(a) i.首先在銅的恒電位沉積中，當施加較低的恒壓（1.5V）時，在基體的表面能夠橫向生長一個緊湊型的薄膜。 ii.薄膜的厚度逐漸增大，并出現納米結構上的起伏。 iii.納米起伏開始呈現周期性的變化。 iv.氬離子束蝕刻薄膜。 v.得到最終的金屬納米線。 (b)掃描電鏡下的金屬納米線。紅箭頭標志表示了納米線生長的方向，小插圖中的綠線表示了能譜儀掃描的方向。 (c)納米線的化學元素分析，紅色為灰階，藍色為沿b中綠線的鈷元素能譜分析圖。 (d)透射電鏡明場圖以及選定區域的電子衍射花樣。

圖2：納米線陣列的空間周期性、線寬度與電沉積參數的關系。(a-d)反映了納米線的空間周期性隨著電沉積時頻率的變化規律，隨著頻率增大，空間周期呈現逐漸下降的趨勢。(e-h)反映了納米線陣列的線寬度與電沉積時的恒定電壓的關系，恒定電壓越大，制得的納米線的寬度越大。

圖2：(a-c)在相應的電壓頻率下，鈷納米線陣列的掃描電子圖像。 (d)納米線的空間周期性與電沉積時電壓頻率的對應關系。 (e-g)在相應的電壓下，鈷納米線陣列的掃描電子圖像。 (h)納米線寬度與恒定電壓的對應關系。

圖3：在不同形狀的材料表面，納米線陣列的生長情況。在a-b中，納米線在材料表面起伏不定，在格柵式的表面，納米線的空間周期性和寬度都十分的均勻。在c-d中，材料的表面崎嶇不平，但是納米線的寬度和間距仍然保持不變。

圖3：任意基體表面的納米線陣列生長情況。(a,b)格柵狀表面的納米線微觀形貌圖。 (c,d)在未經拋光單晶硅表面的鈷納米線形貌。b,d中的標尺分別代表500納米和2微米。

圖4：在平滑的基體表面，鈷納米線的磁力顯微鏡圖像。該圖像能夠用來表征的納米線的磁結構。

圖4：(a) 氬離子束刻蝕后的納米線的顯微照片。 (b) 納米線陣列相應的初始磁疇結構。白色的箭頭表示了自旋極化的方向。黑點表示了對尾疇壁，白點表示了對頭疇壁。 (c) 當施加的磁場方向與納米線的生長方向一致并且從0.6 T逐漸降低到0時，未檢測到雜散磁場。 (d)當磁場方向垂直于基體的方向并且強度從0.6 T逐漸降低到0時，對頭和對尾疇壁又重新出現了，并且密度相比于b圖中有所增大。

圖5：圖5是在光柵表面的磁力顯微圖像。

圖5：(a) 是在聚合物光柵表面制得的納米線陣列的形貌圖。從右下角到左上角的寬條紋代表的是光柵表面，從左下角到右上角的窄紋代表的是鈷納米線。 (b) 是納米線陣列的初始磁性狀態。 (c) 通過在平行于納米線的方向施加磁場，并且研究剩余磁感應情況，幫助弄明白沿納米線方向的自旋極化。 (d) 為在垂直于納米線的方向施加磁場后的剩余磁感應情況。 (e-f) 為重疊區域的放大磁力顯微圖像。

感謝材料人編輯部提供素材。

相關論文發表了Advanced Materials雜志上。

原文參考鏈接：Construction of 3D Metallic Nanostructures on an Arbitrarily Shaped Substrate