Síntese e modificação de nanofios de Bi e Bi2+xTe3-y por implantação e irradiação iônica

Abstract

Neste trabalho, investigamos os efeitos de implantação e irradiação iônica na estrutura e morfologia de nanofios de Bi e Bi2+xTe3-y expostos a feixes de Au e Cu com energias que variam de 30 keV a 1 MeV. Os fios foram crescidos por eletrodeposição no modo template assisted com diâmetros de 30, 100 e 130 nm. Compostos ricos em Bi são obtidos a -200 mV em relação a um elétrodo de referência de Ag/AgCl. Nanofios quase estequiométricos são obtidos a 0 mV vs. Ag/AgCl. As medidas DRX revelaram uma estrutura policristalina, com um forte pico dos planos (0 1 5) para fios ricos em Bi e uma difração preferencial (1 1 0) para os compostos ricos em Te. As análises de campo escuro de TEM indicam uma influência da geometria dos nanocanais no tamanho de grão do nanofio. Os parâmetros de irradiação foram selecionados com base em simulações dos programas SRIM e Iradina. As irradiações foram realizadas com os fios depositados em grades de microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os nanofios irradiados apresentaram diferentes morfologias, dependendo das condições de irradiação, podendo adquirir uma superfície "ondulada". As irradiações realizadas com feixes de Cu não causaram modificações significativas na estrutura cristalina das amostras. Para as amostras irradiadas com Au. Observações de TEM revelam uma dispersão de pequenos cristalitos esféricos embutidos em uma estrutura amorfizada. Além disso, uma distribuição de nanopartículas na vizinhança dos fios irradiados também foi observada nas grades TEM, provavelmente formada por redeposição de material devido ao sputtering. Ainda que os íons de Au de 400 keV e 1 MeV depositem valores de energia comparáveis, para irradiações a 1 MeV o material sofreu um processo de erosão maior, resultando na formação de furos através dos fios.

In this work, we investigated the effects of ion implantation and irradiation on the structure and morphology of Bi e Bi2+xTe3-y nanowires exposed to Au and Cu beams with energies ranging from 30 keV to 1 MeV. The wires were grown by template-assisted electrodeposition with diameters of 30, 100 and 130 nm. Bi-rich compounds are obtained at -200 mV using an Ag/AgCl reference electrode. Almost stoichiometric nanowires are obtained at 0 mV vs Ag/AgCl. XRD measurements revealed a polycrystalline structure, with a strong peak in the planes (0 1 5) for Bi-rich wires and a preferential diffraction (1 1 0) for the Te-rich compounds. The dark field TEM analyzes indicates an influence of the nanochannel geometry on the grain size of nanowires. The irradiation parameters were selected based on simulations from SRIM and Iradina programs. The irradiations were performed with the wires deposited in transmission electron microscopy (TEM) grids. The irradiated nanowires presented different morphologies, depending on the irradiation conditions, sometimes presenting a “wavy” morphology. Cu irradiations did not cause significant modifications in the crystalline structure of the samples. For samples irradiated with Au, TEM analysis revealed an amorphized structure, containing an embedded dispersion of small spherical crystallites. Besides, a distribution of nanoparticles dispersed in the vicinity of the irradiated wires was seen on the TEM grids, formed most probably from material redepositing due to sputtering. The 400 keV and 1 MeV Au ions have comparable stopping powers. However, for irradiations at 1 MeV the material underwent a greater erosion process, resulting in the formation of holes through the wires.