Analysis of the atomic processes in the growth of III-V-semiconductor nanowires promoted by metal particles

• Applicant: Professor Dr. Peter Kratzer
• Subject Area: Theoretical Condensed Matter Physics
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 137913385

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Insgesamt konnten wir in diesem Projekt eine Vielzahl von elementaren Prozessen beim Wachstum von GaAs-Nanodrähten aufklären. Die Ergebnisse fanden insbesondere unter den Wissenschaftlern, die das Wachstum modellieren, rege Beachtung. Als wichtigstes Ergebnis sehe ich an, dass wir die Wirkungsweise des Gold-Partikels als Katalysator aufklären konnten, wobei sich herausstellte, dass grundlegende Erklärungsmuster der heterogenen Katalyse auch hier im Bereich des Kristallwachstums anwendbar sind, z.B. die Bedeutung von metastabilen Intermediaten. Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist die von uns aufgezeigte niedrige Bildungsenergie von Au-Punktdefekten in den GaAs-Nanodrähten und ihr negativer Einfluss auf die Lebensdauer angeregter Ladungsträger. Die Problematik von Gold-Verunreinigungen hat mittlerweile dazu geführt, dass ein Teil der experimentell arbeitenden Gruppen sich der Entwicklung von Verfahren für das Drahtwachstum zugewandt hat, die ohne Au-Katalysator auskommen (sog. selbst-katalysiertes Wachstum mit Gallium-Partikeln, Verwendung von Oxidmasken und Templaten). Daher bleibt die theoretische Durchdringung von kinetischen Prozessen bei der Nanostrukturbildung eine weiterhin spannende Aufgabe.

Publications

• Ordering of the nanoscale step morphology as a mechanism for droplet self-propulsion. Nano Lett. 9, 2710 – 2714, 2009
  Hilner, E., A. A. Zakharov, K. Schulte, P. Kratzer, J. N. Andersen, E. Lundgren und A. Mikkelsen
  
• An Analytic many-body potential for GaAs(001) homoepitaxy: Bulk and surface properties. Phys. Rev. B 83, 195328, 2011
  Fichthorn, K. A., Y. Tiwary, T. Hammerschmidt, P. Kratzer und M. Scheffler
  
• Calculation of the diameter-dependent polytypism in GaAs nanowires from an atomic motif expansion of the formation energy. Phys. Rev. B 84, 075455, 2011
  Pankoke, V., P. Kratzer und S. Sakong
  
• Catalytic role of gold nanoparticle in GaAs nanowire growth: a density functional theory study. Nano Lett. 12, 943–948, 2012
  Kratzer, P., S. Sakong und V. Pankoke
  
• Role of sidewall diffusion in GaAs nanowire growth: A first-principles study. Phys. Rev. B 86, 085425, 2012
  Pankoke, V., S. Sakong und P. Kratzer