Nanomaterialen beginnen hun leven met een groeispurt
Materialen die atoomlaag-voor-atoomlaag worden opgebouwd, beginnen hun
leven met een groeispurt in drie stappen. Dat concluderen onderzoekers
van de Universiteit Twente en de ESRF in Grenoble in onderzoek naar
het allervroegste begin van het groeiproces van de supergeleider YBCO.
Hun onderzoek, dat zij hebben gepubliceerd in Physical Review Letters,
geeft belangrijk nieuw inzicht in de fabricage van nieuwe materialen
op nanoschaal.
Belangrijk bij de vorming van de allereerste laag is de ondergrond.
Het `normale' groeiproces, waarbij zich eilandjes vormen die
"samenvloeien" tot een nieuwe atomair gladde laag, is dan nog niet
begonnen. Het oppervlak speelt dan een belangrijke rol: dat is niet
helemaal vlak, maar bestaat uit terrassen. Het eerste materiaal dat op
de ondergrond landt, kan snel genoeg naar de randen van deze terrassen
bewegen om zich daar te nestelen: dat zijn energetisch gunstige
plekken. De nieuw gevormde rand schuift vervolgens steeds verder op
tot een nieuwe laag is gevormd. Tijdens deze `step flow' is de
beweeglijkheid beduidend sneller dan bij de eilandvorming van de
normale groei. Dat heeft te maken met het materiaal, concluderen de
onderzoekers in hun PRL-publicatie. De eerste laag Yttrium Barium
Koperoxide (YBCO) `landt' op een ondergrond van strontiumtitanaat.
Omdat het daar snel kan bewegen, krijgt het de kans om meteen naar de
randen toe te bewegen. Landt YBCO eenmaal op een vorige laag YBCO, dan
krijgt het die kans niet meer: op het terras zèlf vormen zich al
eilandjes.
Tegelijkertijd met deze verandering van groeifase, bestaan de
allereerste twee gladde lagen uit een metastabiele fase: de `echte'
YBCO-lagen beginnen pas vanaf de derde laag te groeien. Dat geeft
nieuw inzicht in de dunst mogelijke lagen en in de supergeleidende
eigenschappen.
Het nieuwe inzicht in de vroegste groeifase is verkregen door gebruik
te maken van röntgenstraling van de European Synchrotron Radiation
Facility (ESRF) in Grenoble: met deze meetfaciliteit, momenteel de
krachtigste bron van röntgenstraling ter wereld, is het mogelijk de
atomaire structuur op de voet te volgen, terwijl met een lasertechniek
het materiaal laag-voor-laag wordt opgebouwd. YBCO is een
hoge-temperatuur supergeleider die model staat voor een groot aantal
vergelijkbare materialen. Met meer inzicht in de groeiprocessen hopen
de onderzoekers ook het mysterie van supergeleiding beter te kunnen
ontrafelen.
De drie eerste stappen in het groeiproces van YBCO
De verschillende groeifasen, waarbij het materiaal in (1) naar de
randen van de terrassen beweegt, en uiteindelijk in (3) het normale
groeiproces op gang komt met samenvloeiende eilandjes
Het onderzoek, gepubliceerd in Physical Review Letters is uitgevoerd
door de UT-onderzoeksgroepen Lage Temperaturen en Anorganische
Materiaalkunde (beide MESA+) in samenwerking met de European
Synchrotron Radiation Facility in Grenoble (Frankrijk).
Het artikel `Initial Structure and Growth Dynamics of
YBa Cu O during Pulsed Laser Deposition' van Vonk,
Driessen, Huijben, Rijnders, Blank, Rogalla, Harkema en Graafsma staat
al online op de website van Physical Review Letters. Het kan op
verzoek als pdf-bestand toegestuurd worden.
Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, tel (053)4894244
Top
Laatst gewijzigd op 27-11-2007 10:56:13 door Webmaster
Universiteit Twente