Образование ультратонких нанопроволок в квантованных вихрях сверхтекучего гелия

Квантованные вихри в He II, захватывая внутрь любые введенные в жидкость атомы, молекулы и наночастицы, могут служить квази-одномерным темплейтом при их коагуляции. В результате этого в гелии образуются длинные тонкие нанонити, а в случае металлов – нанопроволоки правильной формы и высокого качества. Ввиду резко нелинейного характера теплопроводности сверхтекучего гелия (рекордно высокая скорость отвода тепла при тепловых потоках ниже 3 Вт/см² и очень низкая при больших потоках), диаметр образующихся нанопроволок определяется теплофизическими характеристиками металла, изменяясь от 1.6 нм для вольфрама до 8 нм для индия.

На базе этого эффекта создана универсальная методика, основанная на лазерной абляции погруженных в He II мишеней. С ее помощью получены и исследованы нанопроволоки более чем из 20 металлов и сплавов.

Обнаружено, что достаточно «толстые» проволоки с диаметром больше 7 нм стабильны вплоть до температур, близких к температуре плавления металла, из которого они изготовлены. В то же время нанопроволоки диаметром, меньшим 5 нм, распадаются на цепочки нанокластеров при температурах, в 3 – 4 раза меньших температуры плавления соответствующего металла. Эта неожиданно низкая термическая стабильность тонких нанопроволок объяснена сочетанием размораживания поверхностной подвижности атомов металла (происходящего при низких температурах) и развития Рэлеевской неустойчивости проволок.

Обсуждаются частично реализованные перспективы создания гетеро- и core-shell- структур как путем выращивания нанопроволок из сплавов, так и в результате их дальнейшей электрохимической обработки. Приведены примеры использования нанопроволок в качестве катализаторов химических реакций и основы квантовых приборов.

Возврат к списку