内嵌型硅化物纳米线的晶格动力学

自组织硅化物纳米线被视为未来纳米电子学的主要构建单元，并已得到深入研究。在纳米结构中，晶格振动波（声子）与块体晶体中的情形存在剧烈偏离，这导致了热力学、弹性、电子与磁学性质的异常。因此，全面理解这些材料的物理性质需要对晶格动力学随纳米线尺寸的变化进行系统研究。我们对内嵌于 Si(110) 表面平面内、形成亚稳且表面稳定的 $\alpha$ 相的 FeSi$_2$ 纳米线进行了系统的晶格动力学研究。纳米线的平均宽度从 24 nm 到 3 nm 不等，长度从数 $\mu$m 到约 100 nm。通过核非弹性散射获得的 Fe 偏声子态密度，随纳米线宽度减小而呈现谱特征的展宽。沿纳米线及跨纳米线获得的实验数据揭示出一种显著的振动各向异性，其源于四方 $\alpha$-FeSi$_2$ 晶胞在 Si(110) 表面上的特定取向。第一性原理计算的结果与实验数据完全吻合，并使得对内嵌型硅化物纳米线晶格动力学的全面理解成为可能。