يضيف الباحثون "لمسة" إلى تصميم المواد الكلاسيكية

يضيف الباحثون "لمسة" إلى تصميم المواد الكلاسيكية

الطابع الزمني: 24 كانون الثاني (يناير) 2024 ، الساعة 11:23 صباحًا
عقدة المصدر: 3083160
يناير 24، 2024

(أخبار Nanowerk) قام الباحثون في مختبر المسرع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة وجامعة ستانفورد ومختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة (LBNL) بتطوير بنية بلورية ملتوية متعددة الطبقات لأول مرة وقاموا بقياس الخصائص الرئيسية للهيكل. يمكن أن يساعد الهيكل الملتوي الباحثين على تطوير مواد الجيل التالي للخلايا الشمسية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية والليزر وغيرها من الأجهزة. قال يي كوي، الأستاذ في جامعة ستانفورد وSLAC والمؤلف المشارك في الورقة البحثية: "هذا الهيكل شيء لم نره من قبل - لقد كان مفاجأة كبيرة بالنسبة لي". "يمكن أن تظهر خاصية إلكترونية كمومية جديدة داخل هذا الهيكل الملتوي ثلاثي الطبقات في التجارب المستقبلية." نص شرح

إضافة طبقات، مع تطور

وسّعت البلورات التي صممها الفريق مفهوم النفوق، وهي ظاهرة تحدث عندما ينمو نوع واحد من المواد البلورية فوق مادة أخرى بطريقة منظمة، مثل زراعة حديقة أنيقة فوق التربة، ولكن على المستوى الذري. لقد كان فهم النمو الفوقي أمرًا بالغ الأهمية لتطوير العديد من الصناعات لأكثر من 50 عامًا، وخاصة صناعة أشباه الموصلات. في الواقع، تعد النفوق جزءًا من العديد من الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها اليوم، من الهواتف المحمولة إلى أجهزة الكمبيوتر إلى الألواح الشمسية، مما يسمح للكهرباء بالتدفق، وليس التدفق، من خلالها. حتى الآن، ركزت الأبحاث الفوقية على زراعة طبقة واحدة من المادة فوق أخرى، والمادتان لهما نفس الاتجاه البلوري عند الواجهة. وقد نجح هذا النهج لعقود من الزمن في العديد من التطبيقات، مثل الترانزستورات، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء، وأشعة الليزر، والأجهزة الكمومية. ولكن للعثور على مواد جديدة ذات أداء أفضل لتلبية الاحتياجات الأكثر تطلبًا، مثل الحوسبة الكمومية، يبحث الباحثون عن تصميمات فوقية أخرى - تلك التي قد تكون أكثر تعقيدًا، ولكنها أفضل أداءً، ومن هنا جاء مفهوم "الفوقي الملتوي" الموضح في هذه الدراسة. في تجربتهم المفصلة في علوم ("طبقة ملتوية من الأقراص النانوية الذهبية المزروعة بين طبقات الركيزة الملتوية من ثاني كبريتيد الموليبدينوم") أضاف الباحثون طبقة من الذهب بين ورقتين من مادة شبه موصلة تقليدية، ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2). وقال يي كوي، طالب الدراسات العليا في علوم وهندسة المواد في جامعة ستانفورد والمؤلف المشارك في الدراسة، إنه نظرًا لأن الصفائح العلوية والسفلية كانت موجهة بشكل مختلف، فإن ذرات الذهب لا يمكن أن تتماشى مع كليهما في وقت واحد، مما سمح لهيكل Au بالالتواء. . "مع وجود MoS سفلي فقط2 قال كوي، طالب الدراسات العليا: «يسعد الذهب أن يتماشى معها، لذلك لا يحدث أي تطور». "ولكن مع اثنين من MoS الملتوي2 الأوراق، ليس من المؤكد أن الذهب يتماشى مع الطبقة العلوية أو السفلية. تمكنا من مساعدة الذهب على حل ارتباكه واكتشفنا وجود علاقة بين اتجاه Au وزاوية الالتواء لطبقة ثنائية MoS2".

انطلاق الأقراص النانوية الذهبية

ولدراسة الطبقة الذهبية بالتفصيل، قام فريق الباحثين من معهد ستانفورد لعلوم المواد والطاقة (SIMES) وLBNL بتسخين عينة من الهيكل بأكمله إلى 500 درجة مئوية. ثم أرسلوا تيارًا من الإلكترونات عبر العينة باستخدام تقنية تسمى المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، والتي كشفت عن شكل واتجاه وسلالة أقراص الذهب النانوية بعد التلدين في درجات حرارة مختلفة. كان قياس خصائص الأقراص النانوية الذهبية خطوة أولى ضرورية نحو فهم كيفية تصميم الهيكل الجديد لتطبيقات العالم الحقيقي في المستقبل. وقال كوي، طالب الدراسات العليا: "بدون هذه الدراسة، لم نكن لنعرف ما إذا كان من الممكن حتى لف طبقة فوقية من المعدن فوق شبه موصل". "أكد قياس البنية الكاملة المكونة من ثلاث طبقات بالمجهر الإلكتروني أن ذلك لم يكن ممكنًا فحسب، بل أكد أيضًا أنه يمكن التحكم في البنية الجديدة بطرق مثيرة." بعد ذلك، يرغب الباحثون في مواصلة دراسة الخصائص البصرية لأقراص الذهب النانوية باستخدام TEM ومعرفة ما إذا كان تصميمها يغير الخصائص الفيزيائية مثل بنية شريط Au. إنهم يريدون أيضًا توسيع هذا المفهوم لمحاولة بناء هياكل ثلاثية الطبقات باستخدام مواد شبه موصلة أخرى ومعادن أخرى. قال بوب سنكلير، أستاذ تشارلز إم بيجوت في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة ستانفورد والمؤلف المشارك في الورقة البحثية: "لقد بدأنا في استكشاف ما إذا كان هذا المزيج من المواد فقط هو الذي يسمح بذلك أم أنه يحدث على نطاق أوسع". "يفتح هذا الاكتشاف سلسلة جديدة كاملة من التجارب التي يمكننا تجربتها. قد نكون في طريقنا للعثور على خصائص مادية جديدة يمكننا استغلالها».

الطابع الزمني:

اكثر من نانوويرك