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中山大学联合北京理工大学、英国曼彻斯特大学的科研人员，利用液相透射电子显微镜，首次实时记录了半导体碲纳米结构在液体环境中的成核与生长全过程。相关成果已于 6 月 18 日发表在学术期刊《Matter》上。
碲是一种窄带隙半导体材料，在电子器件、热电转换和光电器件领域具有应用前景，其性能高度依赖于纳米结构的尺寸与形貌。
液相合成法虽然具备可规模化生产和成本相对较低的优点，但此前科学家一直难以直接观察碲的各向异性纳米结构在液相中如何起始形成并演化。此次研究借助液相扫描透射电子显微镜，对碲纳米结构的电沉积过程进行了原位实时成像。
观测表明，碲最初以球形晶种颗粒的形式从溶液中析出，随后这些晶种作为模板生长出多根纳米线。在生长过程中，邻近的纳米线会互相竞争溶液中的可用碲原料，从而影响各自的局部生长速度和分支模式。
定量测量显示，在不同电子束辐照条件和邻近结构影响下，纳米线的局部生长速率约为每秒 1 至 15 纳米。研究还在早期阶段观测到奥斯特瓦尔德熟化现象，为理解局部化学环境、电子束通量与形貌演化之间的关联提供了机制框架。
研究还发现，向体系中添加铋纳米颗粒作为籽晶会显著改变碲的生长机制。在显微镜实验中，铋的加入增加了成核位点的数量，并促使碲形成更多分支的蕨类状结构。后续的电沉积实验进一步证实，铋能够降低碲沉积所需的还原电位，并在相同条件下显著提高碲的沉积量。这一结果表明，实时显微镜下观测到的行为可以转化到常规电沉积合成中。
该研究的通讯作者、曼彻斯特大学与国家石墨烯研究所的 Sarah Haigh 教授表示，这项研究首次让人们实时看到了碲纳米线在液体中的出现与演化过程，通过直接观察纳米尺度的成核、生长和分支，可以开始理解如何更精确地控制这些过程。
共同通讯作者邹一超博士指出，铋籽晶不仅促进了碲的成核，还能在固定电位下使沉积更容易且产率更高，这为设计具有定制形貌的碲纳米结构开辟了新的可能。
研究团队认为，液相电子显微镜与可控添加剂相结合的策略，不仅能够描述纳米结构的生长过程，还能为定向调控纳米材料的成核与生长机制提供依据。这一方法有望加速用于电子器件、能量转换和传感领域的低维纳米结构的优化开发。
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