Οι καινοτόμες μετρήσεις των δονούμενων ατόμων σε νανοδομές εισάγουν νέα κατηγορία τεχνολογίας


Πρωτοποριακές μετρήσεις/θεωρία των δονούμενων ατόμων σε νανοδομές εισάγουν νέα κατηγορία τεχνολογίας

Αριστερά: Σχηματική των ατομικών θέσεων σε υπερπλέγμα 2×2 (SL2). δεξιά: εικόνα STEM ατομικής ανάλυσης. Πίστωση: Πανεπιστήμιο Vanderbilt

Οι ερευνητές του Vanderbilt, Σωκράτης Παντελίδης και Joshua Caldwell, αποτελούν μέρος μιας διεθνούς συνεργασίας που έχει επιδείξει έναν νέο τρόπο χειρισμού και μέτρησης των λεπτών ατομικών δονήσεων στα νανοϋλικά. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη θα μπορούσε να καταστήσει δυνατή την ανάπτυξη προσαρμοσμένων λειτουργιών για τη βελτίωση και τη δημιουργία νέων τεχνολογιών.


Οι δέσμες ηλεκτρονίων σε ισχυρά μικροσκόπια έχουν ανιχνεύσει υλικά και νανοδομές με ανάλυση ατομικής κλίμακας, απεικονίζουν τις ατομικές διατάξεις και σε συνδυασμό με τη θεωρία αποκάλυψαν ηλεκτρονικές και μαγνητικές ιδιότητες. Πρόσφατες εξελίξεις στο βοηθούν να καταστεί δυνατή η λήψη απευθείας σημάτων από , δηλαδή λειτουργίες δόνησης, με υψηλή ανάλυση τόσο στο χώρο όσο και στην ενέργεια. Οι ερευνητές μπορούν τώρα να μετρήσουν διακριτούς τρόπους δόνησης σε διεπαφές σε πολυστρωματικές δομές, ελαττώματα και άλλες ανομοιογένειες.

«Η ομάδα μας συνδύασε τέτοιες μετρήσεις με ανιχνευτές λέιζερ και θεωρητικές έρευνες για να αποκτήσει μια πλήρη εικόνα της υποκείμενης φυσικής που τελικά θα αποτελέσει τη βάση των νέων τεχνολογιών», είπε ο Παντελίδης.

Σε αυτή την έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Φύση στις 26 Ιανουαρίου, η ομάδα τοποθέτησε δύο διαφορετικά οξείδια σε μια νανοδομή που μοιάζει με Lego που ονομάζεται . Οι δομές απεικονίστηκαν σε ατομική κλίμακα από τον Eric Hoglund, τον πρώτο συγγραφέα της εργασίας και ερευνητή στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια. Ο Jordan A. Hachtel, πρώην μαθητής του Παντελίδη και ειδικός μικροσκόπος στο Centre for Nanophase Materials Sciences στο Oak Ridge National Laboratory, πραγματοποίησε τις μετρήσεις ακριβείας των τρόπων δόνησης αυτών των πολύπλοκων υπερδικτυωμάτων.

Ο Caldwell, Fellow Faculty of Engineering του Flowers Family Chancellor και αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας, και ο μαθητής του Joseph Matson πραγματοποίησαν συμπληρωματικές υπέρυθρες φασματοσκοπίες των τρόπων δόνησης. Παντελίδης, διακεκριμένος καθηγητής Φυσικής και Μηχανικής του Πανεπιστημίου, William A. και Nancy F. McMinn Καθηγητής Φυσικής και Καθηγήτρια Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, και τα μέλη της ομάδας του Andrew O’Hara και De-Liang Bao, βοηθός ερευνητής και μεταδιδακτορικός υπότροφος, αντίστοιχα, πραγματοποίησε τους θεωρητικούς υπολογισμούς που παρείχαν συνδέσμους μεταξύ διαφορετικών πειραμάτων για να δημιουργήσουν μια ολοκληρωμένη εικόνα. Η συνδυασμένη έρευνα διαπίστωσε ότι καθώς το πάχος των στρωμάτων στα υπερδικτυώματα συρρικνώνεται, το κυριαρχούνται αρχικά από αυτά των δύο χύδην υλικών, αλλά σταδιακά εξελίσσεται για να κυριαρχούνται από τις ατομικές διεπαφές, οι οποίες ορίζουν μια νέα κρυσταλλική δομή.

Παλαιότεροι συνδυασμοί θεωρητικών υπολογισμών που χρησιμοποιούν την κβαντική μηχανική με φυσικά πειράματα επέτρεψαν στους φυσικούς και τους μηχανικούς να κατανοήσουν πώς συμπεριφέρονται τα υλικά. Τέτοιες έρευνες είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία και την ανάπτυξη των ψηφιακών συσκευών που θεωρούμε δεδομένες σήμερα. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια έπαιξαν σημαντικό ρόλο σε αυτές τις αναζητήσεις, αλλά μέχρι πρόσφατα, δεν είχαν επαρκή ανάλυση για την απεικόνιση των ατομικών δονήσεων.

“Οι αναδυόμενες ιδιότητες προκύπτουν σε νανοκλίμακα, ειδικά όταν βάζουμε υλικά μαζί. Από αυτούς τους συνδυασμούς παίρνουμε νέες συμπεριφορές που δεν περιμέναμε”, είπε ο Παντελίδης. “Κάθε φορά που υπάρχει μια δομή με νέες ιδιότητες, το μυαλό της μηχανικής πηγαίνει κατευθείαν στο να σκεφτεί ποια νέα υλικά με νέες λειτουργίες και νέες συσκευές μπορούν να κατασκευαστούν. Με απλά λόγια, έτσι δημιουργείται η τεχνολογία.”

Οι Caldwell και Matson έχουν διερευνήσει τις υπέρυθρες ιδιότητες των υπερδικτυωμάτων ατομικής κλίμακας. “Οι υπέρυθρες ιδιότητες των πολικών κρυστάλλων καθοδηγούνται κυρίως από τα οπτικά φωνόνια των υλικών. Έτσι, αυτή η εργασία βασίζεται σε μια ιδέα που αναφέρουμε ως το κρυσταλλικό υβρίδιο, όπου συνδυασμοί ατομικά λεπτών υλικών σε υπερδικτυώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προκαλέσουν αναδυόμενες ιδιότητες. ” είπε ο Κάλντγουελ. Αυτή η προσπάθεια ενισχύθηκε σημαντικά αποδεικνύοντας ότι η κλίμακα αυτών των μετρήσεων μπορεί να συρρικνωθεί για να μετρηθεί η πιο ακριβής συμπεριφορά που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα.

Αυτή η εργασία έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει τις γνώσεις σχετικά με τη μικροσκοπία, την οπτική επιστήμη, τη φυσική και τη μηχανική. “Έχουμε φτάσει σε μια αλλαγή σταδιακά σε αυτήν την τεχνολογία. Βελτιώνοντας τον τρόπο μέτρησης, είμαστε σε θέση να εργαστούμε καλύτερα και να χειριστούμε αυτές τις . Είμαστε πολύ πιο σίγουροι ότι μπορούμε να σχεδιάσουμε κατασκευές με προσαρμοσμένες ιδιότητες», είπε ο Παντελίδης.

Ο Παντελίδης και ο Caldwell θα συνεχίσουν να συνεργάζονται με το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge για να επιδιώξουν περισσότερες προόδους στον τομέα, ειδικά στην επέκταση σε διαφορετικές κρυσταλλικές δομές και άλλα συστήματα υλικών ενδιαφέροντος, όπως ημιαγωγοί με βάση τα νιτρίδια.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, το Εθνικό Εργαστήριο Sandia, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, το Πανεπιστήμιο Purdue και το Πανεπιστήμιο Humboldt και το Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik στη Γερμανία συμμετείχαν σε αυτή την έρευνα.


Η νέα τεχνική μικροσκοπίας αποκαλύπτει ένα χαρακτηριστικό που μπορεί να διαμορφώσει εφαρμογές μιας κατηγορίας κβαντικών υλικών


Περισσότερες πληροφορίες:
Eric R. Hoglund et al, Αναδυόμενη δονητική δομή διεπαφής υπερδικτυωμάτων οξειδίου, Φύση (2022). DOI: 10.1038 / s41586-021-04238-z

Παρέχεται από
Πανεπιστήμιο Vanderbilt

Παραπομπή: Πρωτοποριακές μετρήσεις των δονούμενων ατόμων σε νανοδομές εισάγουν νέα κατηγορία τεχνολογίας (2022, 26 Ιανουαρίου) που ανακτήθηκε στις 26 Ιανουαρίου 2022 από τη https://phys.org/news/2022-01-breakthrough-vibrating-atoms-nanostructures-ushers.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.