مطالعه‌ی واکنش یوتکتیک با استفاده از میکروسکوپ الکترونی چهاربعدی

به گزارش گروه علم و فناوری آنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، محققان کلتک برای اولین بار موفق به تصویربرداری از مراحل تغییر شکل یوتکتیک شدند؛ جایی که یک سیال به دو فاز جامد تبدیل می‌شود که این کار در اثر سرد شدن صورت می‌گیرد. برای این کار پژوهشگران از میکروسکوپ الکترونی چهاربعدی استفاده کردند که با قدرت تفکیک بالا هم در ابعاد و هم زمان در مقیاس نانو‌متری امکان تصویربرداری را فراهم می‌کند.
امکان پیمایش و کنترل واکنش‌های یوتکتیک در مقیاس ‌نانومتری می‌تواند به صنایع مختلف نظیر تولید آلیاژهای نانومقیاس کمک شایانی کند.
اتم‌ها در واکنش‌های یوتکتیک با سرعت بسیار بالایی حرکت می‌کنند، به‌طوری که 100 ثانیه زمان نیاز است تا واکنش کامل شود. بنابراین میکروسکوپ الکترونی چهاربعدی با قدرت تفکیک بالا در سه بعد و زمان، می‌تواند از واکنش یوتکتیک نانوساختارها در حین انجام، تصویر بگیرد.
محققان موسسه فناوری‌ کالیفرنیا واکنش یوتکتیک را با تابش لیزر آغاز کردند. آنها در ادامه از پالس الکترون منفرد استفاده کردند تا حالت نانوساختار را در زمان مشخصی بعد از شروع مشخص کند. تصاویر پالس الکترونی منفرد می‌تواند نشان دهد که چه زمانی هسته‌زایی فاز جامد اتفاق می‌افتد و در طول فرآیند یوتکتیک فاز جامد چگونه رشد می‌کند و صلب می‌شود. این کار با دقت نانوثانیه انجام می‌شود.
بین چن و همکارانش به مطالعه‌ی نانوسیم‌های GaAs پرداختند که در هر انتهای آن یک نانوذره طلا قرار داده شده‌ است. پیش از این تحقیقات زیادی برای واکنش‌های یوتکتیک انجام شده بود اما تنها دو عنصر در فرآیند دخالت داشت، اما برای سه یا تعداد بیشتری عنصر، کاری انجام نشده بود. این گروه تحقیقاتی اقدام به بررسی سیستم «Au-Ga-As» کردند تا دیدگاه‌های جدیدی در مورد سامانه‌های پیچیده به‌دست آید.
با تکرار برانگیختگی با استفاده از لیزر، نانوسیم GaAs از طول چروکیده شده در حالی که انتهای آن که نانوذره طلا قرار دارد رشد می‌کند. محققان موفق به تفکیک دو بخش صلب یوتکتیک «–AuGa» و «AuGa2-» شدند. برای این کار از الگوی پراش TEM استفاده شد.
در این پروژه محققان از نانوسیم GaAs که به‌صورت عمودی روی سطح رشد کرده استفاده کردند و با میکروسکوپ TEM به بررسی آن پرداختند.