Op dit moment groeien we veel (nano)structuren laag voor laag op elkaar, maar perfecte ordening op atomaire schaal is over het algemeen ver te zoeken. Onderzoekers streven naar een beter begrip van deze processen die uiteindelijk kunnen leiden tot kleinere, snellere en algehele betere nanotechnologie en hebben voor het eerst pre-solidificatie ontdekt in druppelmengsels. Het bijzondere gedrag van de druppelmengsels publiceerden ze recent in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters.
De druppels bestaan uit een mengsel van de metalen platina en germanium en bewegen op een verwarmd oppervlak in de richting van de warmtebron. Maar zodra de temperatuur daalt, beginnen de druppeltjes zich bijzonder te gedragen. Net als professionele skiërs veranderen ze plotseling van richting en maken ze een slalom. "Met behulp van een foto-emissie elektronenmicroscoop filmden we het skiën en lieten we het hele proces van stollen zien", vertelt Arie van Houselt, corresponderend auteur van de publicatie.
Een video van het ski-gedrag. Gefilmd met een foto-emissie elektronenmicroscoop, totale duur is 2000 seconden, het gezichtsveld is 150 μm.
Skiact zoals geen ander
De skidruppels vormen zich bij verrassend hoge temperaturen. "Dit gebeurt bij negentig graden boven hun eutectische punt, de temperatuur waarbij dit soort mengsels bevriezen. De druppels stollen niet in één keer. Ze rekken eerst uit en dan begint het stolproces aan de onderkant, op het grensvlak met het substraat", legt Van Houselt uit.
Deze eerste vaste laag verklaart ook het skiën. Wanneer het materiaal stolt, krijgt het een nanostructuur die werkt als een raster waarop de druppel kan bewegen. De nanostructuur verlaagt de weerstand van de druppels in een andere richting. De druppeltjes maken gebruik van deze verlaagde weerstand en maken een scherpe bocht en bewegen in deze nieuwe richting.
Inzichten van onschatbare waarde
Deze opmerkelijke vertoning is niet alleen een een grappige prestatie op nanoschaal. De omstandigheden waaronder deze druppeltjes hun skikunsten vertonen, komen dicht in de buurt van de omstandigheden die voorkomen bij de groei van veel (nano)structuren, zoals nanodraden en germaneen. Van Houselt: "Ontdekkingen als deze zijn van onschatbare waarde om de mechanismen van deze transformaties beter te begrijpen. Die mechanismen openen mogenlijk weer deuren naar het maken van perfecte computerchips."
Meer informatie
Dr. Arie van Houselt is assistant professor bij de afdeling Physics of Interface and Nanomaterials (PIN; Faculteit TNW/MESA+). Zijn onderzoek richt zich op het gecontroleerd maken en begrijpen van interfaces, laagdimensionale (nano)structuren en nanomaterialen. Het onderzoek getiteld 'Pre-solidification in eutectic droplets' is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters.
