Tutkijat tuovat "kierteen" klassiseen materiaalisuunnitteluun

Jan 24, 2024

(Nanowerk-uutiset) Researchers with the Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University and the DOE’s Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) grew a twisted multilayer crystal structure for the first time and measured the structure’s key properties. The twisted structure could help researchers develop next-generation materials for solar cells, quantum computers, lasers and other devices. “This structure is something that we have not seen before – it was a huge surprise to me,” said Yi Cui, a professor at Stanford and SLAC and paper co-author. “A new quantum electronic property could appear within this three-layer twisted structure in future experiments.” CAPTION

Lisää kerroksia kierteellä

The crystals the team designed extended the concept of epitaxy, a phenomenon that occurs when one type of crystal material grows on top of another material in an ordered way – kind of like growing a neat lawn on top of soil, but at the atomic level. Understanding epitaxial growth has been critical to the development of many industries for more than 50 years, particularly the semiconductor industry. Indeed, epitaxy is part of many of the electronic devices that we use today, from cell phones to computers to solar panels, allowing electricity to flow, and not flow, through them. To date, epitaxy research has focused on growing one layer of material onto another, and the two materials have the same crystal orientation at the interface. This approach has been successful for decades in many applications, such as transistors, light-emitting diodes, lasers and quantum devices. But to find new materials that perform even better for more demanding needs, like quantum computing, researchers are searching for other epitaxial designs – ones that might be more complex, yet better performing, hence the “twisted epitaxy” concept demonstrated in this study. In their experiment, detailed in tiede (“Twisted epitaxy of gold nanodisks grown between twisted substrate layers of molybdenum disulfide”), tutkijat lisäsivät kultakerroksen kahden perinteisen puolijohtavan materiaalin, molybdeenidisulfidin (MoS) väliin.2). Because the top and bottom sheets were oriented differently, the gold atoms could not align with both simultaneously, which allowed the Au structure to twist, said Yi Cui, Professor Cui’s graduate student in materials science and engineering at Stanford and co-author of the paper. “With only a bottom MoS2 kerroksen, kulta on mielellään linjassa sen kanssa, joten mitään käännettä ei tapahdu", sanoi jatko-opiskelija Cui. "Mutta kahdella kierteellä MoS2 arkkeja, kulta ei ole varma ylä- tai alakerroksen kohdalta. Onnistuimme auttamaan kultaa ratkaisemaan hämmennystä ja löysimme yhteyden Au:n suunnan ja kaksikerroksisen MoS:n kiertymiskulman välillä.2"

Kultaiset nanolevyt

Kultakerroksen tutkimiseksi yksityiskohtaisesti Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) ja LBNL:n tutkijaryhmä lämmitti näytteen koko rakenteesta 500 celsiusasteeseen. Sitten he lähettivät elektronivirran näytteen läpi käyttämällä tekniikkaa, jota kutsutaan transmissioelektronimikroskoopiksi (TEM), joka paljasti kultaisten nanolevyjen morfologian, suunnan ja jännityksen eri lämpötiloissa tapahtuneen hehkutuksen jälkeen. Näiden kultaisten nanolevyjen ominaisuuksien mittaaminen oli välttämätön ensimmäinen askel kohti sen ymmärtämistä, kuinka uusi rakenne voitaisiin suunnitella todellisiin sovelluksiin tulevaisuudessa. "Ilman tätä tutkimusta emme tietäisi, olisiko epitaksiaalisen metallikerroksen kiertäminen puolijohteen päälle edes mahdollista", jatko-opiskelija Cui sanoi. "Koko kolmikerroksisen rakenteen mittaaminen elektronimikroskopialla vahvisti, että se ei ollut vain mahdollista, vaan myös sen, että uutta rakennetta voitiin ohjata jännittävillä tavoilla." Seuraavaksi tutkijat haluavat edelleen tutkia kultaisten nanolevyjen optisia ominaisuuksia TEM:n avulla ja selvittää, muuttaako niiden suunnittelu fyysisiä ominaisuuksia, kuten Au:n nauharakennetta. He haluavat myös laajentaa tätä konseptia yrittääkseen rakentaa kolmikerroksisia rakenteita muista puolijohdemateriaaleista ja muista metalleista. "Alamme tutkia, mahdollistaako vain tämä materiaalien yhdistelmä tämän vai tapahtuuko se laajemmin", sanoi Bob Sinclair, Charles M. Pigottin professori Stanfordin materiaalitieteen ja tekniikan koulusta ja paperin kirjoittaja. "Tämä löytö avaa kokonaan uuden sarjan kokeita, joita voimme kokeilla. Voisimme olla matkalla löytämään uusia materiaaliominaisuuksia, joita voisimme hyödyntää."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64500.php