Kendiliğinden
düzenli nanoyapılar, büyüme veya tavlama prosesinde katı maddelerin yüzeyinde
ve epitaksi filmlerde kendiliğinden gelişen periyodik mekânsal düzenli
nanoyapılardır.
Kendiliğinden
düzenlenmiş nanoyapılar dört sınıfta toplanabilir (Şekil):
1. Katı yarıiletken çözeltilerin epitaksi filmlerinde
periyodik kompozisyon modülasyonlu yapılar
2. Periyodik cepheli yüzeyler
3. Düzlemsel alanların periyodik yapıları (monotabaka
islandlar gibi)
4. Hetroepitaksi sistemlerde üç-boyutlu gergin (uyumlu)
islandların sıralı düzeni
Katı çözeltilerde modüle bileşimdeki yapıların spontan
(kendiliğinden) evrimi, homojen katı çözeltilerin spinodal bozunmaya karşı
dengesizliğinin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Ayrışan katı bir çözeltinin son
durumu, en ufak bir sıkıştırmanın bir yönde dönüşümlü olarak yoğunlaştırılmış
elastik alanların bir-boyutlu katmanlı ağı ile temsil edilir.
Kristal’in düzlemsel yüzeyinin spontan fasetası (yüzü),
serbest yüzey enerjisinin yöne bağımlılığı ile belirlenir. Yüksek spesifik
yüzey enerjisine sahip düzlemsel bir yüzey, kendiliğinden, tepelerin ve
yivlerin olduğu bir yapıya dönüşür; bu durum, artan yüzey alanına rağmen
yüzeyin tüm serbest enerjisini düşürür. Periyodik olarak fasetli yapılar, katı
haldeki madde yüzeyinde kılcal fenomen nedeniyle ortaya çıkarlar.
Bir yüzeyde farklı fazlar bir arada bulunduğunda, düzlemsel
alan yapılar gelişir. Bu durumda, arayüz bölgede elastik bir alan yaratan
kuvvetler oluşur ve düzlemsel bir alan sisteminin tüm enerjisi, belirli bir
optimum periyotta her zaman minimum bir değere sahiptir.
Heteroepitaksi sistemlerinde düzgün gerilmiş islandların
sıralı dizilişleri oluşur; islandlar arasındaki maddenin yüzey değişimi
nedeniyle InGaAs/GaAs (001) ve InAs/GaAs (001) gibi. Bir islandın oluşumu
sırasında bir sistemin yüzey enerjisindeki değişim negatif olursa, sistem
beileşme eğilimi göstermez, yani bazı optimum büyüklükte ve kare bir latiste
sıralanmış dengeli bir adalar dizisi bulunabilir.
Şekil: Kendiliğinden düzenli nanoyapılar
(D periyoduyla); (1) x1‘den x2‘ye
A1–xBxC katı çözelti kompozisyonunun modülasyon yapıları,
(2) periyodik cepheli yüzeyler, (3) düz elastik alanların periyodik yapıları, (4)
bir substrat üzerinde üç-boyutlu uyumlu gerilmiş islandların sıralı blokları
