Наноструктуралар ва наноматериаллар ҳАҚида умумий тушунчалар

Нанокристалларнинг ўтказувчанлик хоссалари
Классик физикада бошқа барча зарралар каби эркин электронлар ҳам Ньютоннинг тенгламалари билан аниқланадиган траекториялар бўйича исталган йўналишда ҳаракат қилиши мумкин. Нано-системаларда эса электронларнинг ҳаракати квант механикаси қонунлари асосида бутунлай бошқача содир бўлади [2]. Нано-системада хеч бўлмаганда фазонинг битта йўналишида, аксари ҳолларда эса барча йўналишларида электроннинг де-Бройл тўлқин узунлиги системанинг ўлчами қаторида бўлади. Бу ҳодисанинг классик аналоги учлари маҳкамланган бирор L узунликка эга бўлган тор бўлиши мумкин. Бундай торнинг тебраниши . (п =1,2,3,...) шартни қаноатлантирувчи турғун тўлқин қонуниятлари асосида содир бўлади. Бундай холл а ва b кесимлари наноўлчамга эга бўлган квант шнури мисолида тасвирланган (3-расм).

3-расм. Наноўлчамдаги кристаллда электронларнинг хдракатланиш имкониятлари.

Бу шнурнинг а ва bйўналишларида фақат шнурнинг бу геометриявий ўлчамларига каррали тўлқин узунликдаги электронлар тарқала олиши мумкин. Шнурнинг наноўлчамли йўналишларида тарқалаётган тўлқин сонларининг кийматлари муносабатдан аниқланади. Бу ифодада нанокристалл ўлчами L 3-расмга кура, а ёки bбўлиши мумкин. Бунинг маъноси шуки, а ва b йўналишларда ҳаракатланаётган электронлар фақат аниқ дискрет энергияларга эга бўлиши мумкин. Бу ҳолда система ўлчами чекланган йўналишда валент зонасининг узлуксиз электрон структураси узлукли (дискрет) структура бўлади. Электрон энергияси катъий аниқ дискрет (узлукли) қийматларга эга бўлади. Бу ҳодиса “квантчекланиш” номини олган. m- эффектив массали электрон ҳаракатини ҳеч бўлмаганда битта йўналишда чеклаб кўйиш квант механикасидаги ноаниқлик принципига кўра, бу электроннинг импульсини ћ/L миқдорга ортишига олиб келади, бу ерда ћ -Планк доимийси. Бу эса мос ҳолда электрон энергиясининг

ифода билан аниқланувчи миқдорга ортишига сабаб бўлади. Шундай қилиб, нанозаррадаги квант чеклаш ҳодисаси туфайли ҳаракат йўли чекланган электроннинг минимал энергиясининг кўпайишига олиб келар экан. Табийки, бу наноўлчамли модданинг электрон хоссаларини бу модданинг одатий макро- масштабда бўлган ўлчамдагисидан фарқ қилишга сабаб бўлади.
Нанозарраларни олиш усуллари
Ҳозирги вақтда металларнинг нанозарраларини олиш усулларини такомиллаштириш устида изланишлар кетмоқда. Металларнинг атомлари улардан ҳосил бўладиган кўп сонли атомлардан ташкил топган димерлар, тримерлар, кластерлар ва нанозараларда ҳам сақланадиган юқори даражадаги кимёвий фаолликка эга. Бундай фаол зарраларни тадқиқ қилиш турли стабилизаторлардан фойдаланилиб амалга оширилади[3]. Нанозарраларни металларнинг тўйинган буғларидан олиш синалган усуллардан биридир. Бу методнинг асосида пайдо бўлаётган янги фаза (нанозарралар) кластерларини сферик суюқ томчи модели нуқтаи назаридан қаровчи нуклеация (фаол марказлар) назарияси ётади. Бу моделга кўра нанозарра суюқлик томчиси билан қиёсланади. Ҳақиқатдан ҳам суюқлик томчиси билан нанозарра орасида кўп ўхшашликлар бор. Уларнинг асосий умумий хоссалари шундан иборатки, суюқлик томчиси ва нанозарралар молекулалари орасидаги ўзаро таъсир тўйингандир: ҳар бир молекула ёки атом маълум бир қатъий қўшнилар сонига эга. Томчидаги молекулалар орасидаги ўзаро таъсир кучлари қисқа масофалардагина таъсирлаша олади. Нанозарранинг хажми ҳам томчиникидек атомлар сонига пропорционал равишда ортади. Суюқлик томчисида сирт таранглик мавжуд. Нанозарралар ҳам ана шундай хоссага эга дейишга етарли асослар бор. Сирт таранглик кучлари томчини шар шаклига эга бўлишга мажбур этади. Айтиш мумкинки, шунинг учун ҳам нанозарралар ифода билан аниқланувчи миқдорга ортишига сабаб бўлади. Шундай қилиб, нанозаррадаги квант чеклаш ҳодисаси туфайли ҳаракат йўли чекланган электроннинг минимал энергиясининг кўпайишига олиб келар экан.

Адабиётлар

1. 
   Векилов Ю. X., Черников М. А. Квазикристаллы//УФН. 2010, т. 180, 561-586 с.
   
2. 
   Гусев А. И. Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле. М.: Физматлит, 2007, 855.
   
3. 
   Оура К., Лифшиц Г.В., Саранин А.А., Зотов. А.В., Катаяма М. Введение в физику поверхности.М.: Наука, 2006. С. 52-56.