Wetenschappers van de National Research University Higher School of Economics en medewerkers hebben meerlagige nanodraden gesynthetiseerd om hun magnetoweerstandseigenschappen te bestuderen. Door dit effect te verbeteren, kunnen wetenschappers de nauwkeurigheid van indicatoren van verschillende meetinstrumenten zoals kompassen en stralingsmonitors vergroten. De resultaten van de studie zijn gepubliceerd in een paper met de titel "Structure of Cu/Ni Nanowires Obtained by Matrix Synthesis."

Een van de unieke kenmerken van kunstmatige nanostructuren is het grote magnetoweerstandseffect in dunne metaallagen. Dit effect wordt benut in verschillende elektronische apparaten.

De wetenschappers synthetiseerden meerlagige koper- en nikkelnanodraden om hun kenmerken te bestuderen, die afhankelijk zijn van de samenstelling en geometrie van de lagen. "We verwachten dat de overgang naar meerlagige nanodraden dit magnetoweerstandseffect aanzienlijk zal vergroten. we kiezen de methode van nanodraadsynthese om dit effect te krijgen, ", zei co-auteur Ilia Doludenko van het Moscow Institute of Electronics and Mathematics (MIEM HSE).

Om de correlatie tussen de syntheseparameters en de kristalstructuur te bepalen, de geleerden synthetiseerden nanodraden van verschillende lengtes. De lengte van de nanodraad werd bepaald door het aantal depositiecycli; in elke cyclus werden één nikkellaag en één koperlaag afgezet. De grootte van de nanodraden werd bepaald met behulp van een scanning elektronenmicroscoop (SEM). Het aantal lagenparen in de nanodraden bleek 10 te zijn, 20, of 50, volgens het aantal elektrodepositiecycli.

Toen de lengte van de nanodraad werd vergeleken met het aantal lagen, het bleek dat de relatie tussen de lengte van de nanodraad en het aantal lagen niet-lineair was. De gemiddelde lengtes van de nanodraden bestaande uit 10, 20 en 50 paar lagen waren, respectievelijk, 1,54 m, 2,6 m, en 4,75 urn. De gesynthetiseerde nanodraden hadden allemaal een korrelstructuur met kristallieten van verschillende groottes, van 5-20 nm tot 100 nm. Groot, heldere reflecties waren voornamelijk te wijten aan metalen (Ni en Cu), terwijl diffuse ringen en kleine reflecties over het algemeen gerelateerd zijn aan de aanwezigheid van koperoxiden.

Een elementanalyse bevestigde de aanwezigheid van afwisselende Ni- en Cu-lagen in alle nanodraden in het onderzoek. Echter, de onderlinge rangschikking van lagen kan verschillen. Ni- en Cu-lagen in dezelfde nanodraad kunnen loodrecht op zijn as zijn georiënteerd of onder een bepaalde hoek staan. De afzonderlijke eenheden van dezelfde nanodraad kunnen verschillende diktes hebben. De dikte van individuele eenheden in nanodraden ligt in het bereik van 50-400 nm.

Volgens de auteurs van de studie, deze heterogeniteit hangt af van de parameters van de porie en neemt af dichter bij de poriemond. Dit leidt tot een toename van de stroom, verbetering van de depositiesnelheid, en, als resultaat, een toename van de afgezette laagdikte. Een andere mogelijke reden is het verschil in de diffusiemobiliteit van ionen van verschillende metalen. Dit verklaart de niet-lineaire relatie tussen de lengte van de nanodraad en de hierboven genoemde aantal lagen. De studie van de samenstelling van bepaalde eenheden toonde aan dat koperen eenheden voornamelijk uit koper bestaan, terwijl nikkel bijna geheel afwezig is. Nikkel eenheden, anderzijds, altijd een bepaalde hoeveelheid koper bevatten. Dit bedrag kan soms oplopen tot 20%.

De relevantie van deze bevindingen heeft betrekking op de mogelijke creatie van nauwkeurigere en goedkopere bewegingsdetectoren, snelheid, positie, huidige en andere parameters. Dergelijke instrumenten kunnen worden gebruikt in de auto-industrie, of om medische apparaten en stralingsmonitors en elektronische kompassen te produceren of te verbeteren.