We report in situ and ex situ fabrication approaches to construct p-type (CuO) and n-type (SnO2) metal oxide nanowire devices for operation inside an environmental transmission electron microscope (TEM). By taking advantage of their chemoresistive properties, the nanowire devices were employed as sensitive probes for detecting reactive species induced by the interactions of high-energy electrons with surrounding gas molecules, in particular, for the case of O2 gas pressures up to 20 mbar. In order to rationalize our experimental findings, a computational model based on the particle-in-cell method was implemented to calculate the spatial distributions of scattered electrons and ionized oxygen species in the environmental TEM. Our approach enables the a priori identification and qualitative measurement of undesirable beam effects, paving the way for future developments related to their mitigation.
References
1.
R.
Ramachandramoorthy
, R.
Bernal
, and H. D.
Espinosa
, ACS Nano
9
, 4675
(2015
).2.
T.
Xu
and L.
Sun
, Small
11
, 3247
(2015
).3.
J.
Wu
, H.
Shan
, W.
Chen
, X.
Gu
, P.
Tao
, C.
Song
, W.
Shang
, and T.
Deng
, Adv. Mater.
28
, 9686
(2016
).4.
T. C.
Narayan
, A.
Baldi
, A. L.
Koh
, R.
Sinclair
, and J. A.
Dionne
, Nat. Mater.
15
, 768
(2016
).5.
S. B.
Vendelbo
, C. F.
Elkjær
, H.
Falsig
, I.
Puspitasari
, P.
Dona
, L.
Mele
, B.
Morana
, B. J.
Nelissen
, R.
van Rijn
, J. F.
Creemer
, P. J.
Kooyman
, and S.
Helveg
, Nat. Mater.
13
, 884
(2014
).6.
D.
Jacobsson
, F.
Panciera
, J.
Tersoff
, M. C.
Reuter
, S.
Lehmann
, S.
Hofmann
, K. A.
Dick
, and F. M.
Ross
, Nature
531
, 317
(2016
).7.
S.
Rackauskas
, H.
Jiang
, J. B.
Wagner
, S. D.
Shandakov
, T. W.
Hansen
, E. I.
Kauppinen
, and A. G.
Nasibulin
, Nano Lett.
14
, 5810
(2014
).8.
M. T.
McDowell
, I.
Ryu
, S. W.
Lee
, C.
Wang
, W. D.
Nix
, and Y.
Cui
, Adv. Mater.
24
, 6034
(2012
).9.
J. A.
Rodríguez-Manzo
, Z. J.
Qi
, A.
Crook
, J.-H.
Ahn
, A. T. C.
Johnson
, and M.
Drndić
, ACS Nano
10
, 4004
(2016
).10.
L.
Li
, J.
Britson
, J. R.
Jokisaari
, Y.
Zhang
, C.
Adamo
, A.
Melville
, D. G.
Schlom
, L.-Q.
Chen
, and X.
Pan
, Adv. Mater.
28
, 6574
(2016
).11.
E.
Comini
, G.
Faglia
, G.
Sberveglieri
, Z.
Pan
, and Z. L.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
81
, 1869
(2002
).12.
D. C.
Meier
, S.
Semancik
, B.
Button
, E.
Strelcov
, and A.
Kolmakov
, Appl. Phys. Lett.
91
, 063118
(2007
).13.
L.
Liao
, Z.
Zhang
, B.
Yan
, Z.
Zheng
, Q. L.
Bao
, T.
Wu
, C. M.
Li
, Z. X.
Shen
, J. X.
Zhang
, H.
Gong
, J. C.
Li
, and T.
Yu
, Nanotechnology
20
, 085203
(2009
).14.
S.
Steinhauer
, V.
Singh
, C.
Cassidy
, C.
Gspan
, W.
Grogger
, M.
Sowwan
, and A.
Köck
, Nanotechnology
26
, 175502
(2015
).15.
T.-Y.
Wei
, P.-H.
Yeh
, S.-Y.
Lu
, and Z. L.
Wang
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 17690
(2009
).16.
A.
Bright
, K.
Yoshida
, and N.
Tanaka
, Ultramicroscopy
124
, 46
(2013
).17.
Y.
Kuwauchi
, H.
Yoshida
, T.
Akita
, M.
Haruta
, and S.
Takeda
, Angew. Chem., Int. Ed.
51
, 7729
(2012
).18.
H.
Yoshida
, H.
Omote
, and S.
Takeda
, Nanoscale
6
, 13113
(2014
).19.
S. B.
Simonsen
, I.
Chorkendorff
, S.
Dahl
, M.
Skoglundh
, J.
Sehested
, and S.
Helveg
, J. Am. Chem. Soc.
132
, 7968
(2010
).20.
A. L.
Koh
, E.
Gidcumb
, O.
Zhou
, and R.
Sinclair
, Nano Lett.
16
, 856
(2016
).21.
A. L.
Koh
, E.
Gidcumb
, O.
Zhou
, and R.
Sinclair
, Nanoscale
8
, 16405
(2016
).22.
M. L.
Taheri
, E. A.
Stach
, I.
Arslan
, P.
Crozier
, B. C.
Kabius
, T.
LaGrange
, A. M.
Minor
, S.
Takeda
, M.
Tanase
, J. B.
Wagner
, and R.
Sharma
, Ultramicroscopy
170
, 86
(2016
).23.
S.
Steinhauer
, A.
Chapelle
, P.
Menini
, and M.
Sowwan
, ACS Sens.
1
, 503
(2016
).24.
S.
Steinhauer
, A.
Köck
, C.
Gspan
, W.
Grogger
, L. K. J.
Vandamme
, and D.
Pogany
, Appl. Phys. Lett.
107
, 123112
(2015
).25.
G.
Tulzer
, S.
Baumgartner
, E.
Brunet
, G. C.
Mutinati
, S.
Steinhauer
, A.
Köck
, P. E.
Barbano
, and C.
Heitzinger
, Nanotechnology
24
, 315501
(2013
).26.
A.
Kolmakov
, D. O.
Klenov
, Y.
Lilach
, S.
Stemmer
, and M.
Moskovits
, Nano Lett.
5
, 667
(2005
).27.
A.
Kolmakov
, U.
Lanke
, J.
Shin
, S.
Jesse
, S. V.
Kalinin
, and R.
Karam
, in IEEE Sensors
(2005
), pp. 830
–833
.28.
A.
Kolmakov
, U.
Lanke
, R.
Karam
, J.
Shin
, S.
Jesse
, and S. V.
Kalinin
, Nanotechnology
17
, 4014
(2006
).29.
S. S.
Kim
, H. G.
Na
, H. W.
Kim
, V.
Kulish
, and P.
Wu
, Sci. Rep.
5
, 10723
(2015
).30.
A.
Kolmakov
, Int. J. Nanotechnol.
5
, 450
(2008
).31.
N. M.
Vuong
, D.
Kim
, and H.
Kim
, Sens. Actuators, B
220
, 932
(2015
).32.
C.
Nieter
and J. R.
Cary
, J. Comput. Phys.
196
, 448
(2004
).33.
J. B.
Wagner
, F.
Cavalca
, C. D.
Damsgaard
, L. D.
Duchstein
, and T. W.
Hansen
, Micron
43
, 1169
(2012
).34.
V. V.
Sysoev
, J.
Goschnick
, T.
Schneider
, E.
Strelcov
, and A.
Kolmakov
, Nano Lett.
7
, 3182
(2007
).35.
S.
Steinhauer
, E.
Brunet
, T.
Maier
, G.
Mutinati
, A.
Köck
, O.
Freudenberg
, C.
Gspan
, W.
Grogger
, A.
Neuhold
, and R.
Resel
, Sens. Actuators, B
187
, 50
(2013
).36.
B. S.
Kang
, F.
Ren
, Y. W.
Heo
, L. C.
Tien
, D. P.
Norton
, and S. J.
Pearton
, Appl. Phys. Lett.
86
, 112105
(2005
).37.
Y.
Cheng
, P.
Xiong
, C. S.
Yun
, G. F.
Strouse
, J. P.
Zheng
, R. S.
Yang
, and Z. L.
Wang
, Nano Lett.
8
, 4179
(2008
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
