Недавно было обнаружено, что для нанокристаллов узкозонных полупроводников селенида и сульфида свинца характерно явление множественной экситонной генерации (Multiple Exciton Generation, MEG). При этом один высокоэнергетический фотон порождает до семи экситонов сразу. Это явление может быть использовано для создания высокопроизводительных фотовольтаических генераторов (например, солнечных батарей). Однако эффект лимитируется малым временем жизни носителей – при Оже-рекомбинации оно составляет всего несколько сотен пикосекунд. Это препятствует снятию заряда с наночастицы и снижает производительность устройств.
Одномерные нанопроволоки и различные структуры на их основе обладают некоторыми преимуществами перед отдельными нанокристаллами, так как в них носители могут двигаться вдоль аксиального направления и стекать на электроды.
Исследователи из University of Wisconsin-Madison (США) смогли синтезировать замечательные структуры, состоящие из ветвистых нанопроволок PbS и PbSe, методом CVD. В качестве прекурсоров выступали PbCl
2 и S/Se, осаждение производилось на подложку Si(100). Нанопроволоки разветвляются под прямым углом в процессе эпитаксиального роста и могут порой образовывать очень плотные трехмерные сетки.
В процессе синтеза не использовался катализатор, однако рост структур протекал в токе водорода. Оказалось, что водород играет ключевую роль в процессах формирования ветвистых нанопроволок. Ученые полагают, что водород восстанавливает свинец в PbCl
2, а тот в свою очередь обладает низкой температурой плавления и может катализировать рост нанопроволок. Поэтому в зависимости от интенсивности тока водорода и времени экспозиции образуются различные структуры из халькогенидов свинца. Как только в реакторе расходуется весь свинец, рост проволок прекращается.
Исследователям удалось подобрать оптимальные условия специально для получения нанопроволок. Боковые ветви могут образовываться как вследствие присутствия капель свинца, так и расти из дефектов, вызванных присутствием водорода. Также большое значение имеет поверхность кремниевой подложки.
Авторы работы отмечают, что водород может вызвать аналогичный рост нанопроволочных структур и в других системах с легкоплавкими металлами, способных выступить в роли катализатора.
Работа
"Hyperbranched PbS and PbSe Nanowires and the Effect of Hydrogen Gas on Their Synthesis" была опубликована в журнале
Nano Letters.
