חוקרים מוסיפים 'טוויסט' לעיצוב החומר הקלאסי

יאן 24, 2024

(חדשות Nanowerkחוקרים עם מעבדת המאיץ הלאומית של מחלקת האנרגיה SLAC, אוניברסיטת סטנפורד והמעבדה הלאומית לורנס ברקלי (LBNL) של ה-DOE גידלו לראשונה מבנה גבישי רב שכבתי מעוות ומדדו את תכונות המפתח של המבנה. המבנה המעוות יכול לעזור לחוקרים לפתח חומרים מהדור הבא עבור תאים סולאריים, מחשבים קוונטיים, לייזרים והתקנים אחרים. "המבנה הזה הוא משהו שלא ראינו בעבר - זה היה הפתעה עצומה עבורי", אמר יי צ'וי, פרופסור בסטנפורד ו-SLAC ומחבר שותף במאמר. "מאפיין אלקטרוני קוונטי חדש עשוי להופיע בתוך המבנה המעוות התלת-שכבתי הזה בניסויים עתידיים." כּוֹתֶרֶת

הוספת שכבות, עם טוויסט

הגבישים שתכנן הצוות הרחיבו את מושג האפיטקסיה, תופעה המתרחשת כאשר סוג אחד של חומר גבישי גדל על גבי חומר אחר בצורה מסודרת - בערך כמו גידול מדשאה מסודרת על גבי אדמה, אבל ברמה האטומית. הבנת הצמיחה האפיטקסיאלית הייתה קריטית לפיתוח של תעשיות רבות במשך יותר מ-50 שנה, במיוחד תעשיית המוליכים למחצה. ואכן, אפיטקסיה היא חלק מרבים מהמכשירים האלקטרוניים שבהם אנו משתמשים כיום, מטלפונים סלולריים למחשבים ועד פאנלים סולאריים, המאפשרת לחשמל לזרום, ולא לזרום, דרכם. עד כה, מחקר האפיטקסיה התמקד בגידול שכבה אחת של חומר על גבי שכבה אחרת, ולשני החומרים יש את אותה כיוון גביש בממשק. גישה זו הצליחה במשך עשרות שנים ביישומים רבים, כגון טרנזיסטורים, דיודות פולטות אור, לייזרים והתקנים קוונטיים. אבל כדי למצוא חומרים חדשים עם ביצועים טובים עוד יותר עבור צרכים תובעניים יותר, כמו מחשוב קוונטי, חוקרים מחפשים עיצובים אפיטקסיאליים אחרים - כאלה שעשויים להיות מורכבים יותר, אך עם זאת בעלי ביצועים טובים יותר, ומכאן הרעיון "האפיטה המעוותת" שהודגם במחקר זה. בניסוי שלהם, מפורט ב מדע ("אפיטקסיה מעוותת של ננו-דיסקים מזהב הגדלים בין שכבות מצע מעוותות של מוליבדן דיסולפיד"), הוסיפו חוקרים שכבה של זהב בין שתי יריעות של חומר מוליך למחצה מסורתי, מוליבדן דיסולפיד (MoS2). מכיוון שהיריעות העליונות והתחתונות היו מכוונות אחרת, אטומי הזהב לא יכלו ליישר קו עם שניהם בו זמנית, מה שאפשר למבנה Au להתפתל, אמר יי קוי, סטודנט לתואר שני של פרופסור קוי במדעי החומרים והנדסת חומרים בסטנפורד ומחבר שותף של המאמר . "עם MoS תחתון בלבד2 שכבה, הזהב שמח להתיישר איתה, אז שום טוויסט לא קורה", אמר קוי, הסטודנט לתואר שני. "אבל עם שני MoS מעוותים2 גיליונות, הזהב לא בטוח מיושר עם השכבה העליונה או התחתונה. הצלחנו לעזור לזהב לפתור את הבלבול שלו וגילינו קשר בין הכיוון של Au לזווית הפיתול של MoS דו-שכבתי2".

ננו-דיסקיות זהב לזוז

כדי לחקור את שכבת הזהב בפירוט, צוות החוקרים ממכון סטנפורד למדעי החומרים והאנרגיה (SIMES) ו-LBNL חיממו דגימה של המבנה כולו ל-500 מעלות צלזיוס. לאחר מכן הם שלחו זרם של אלקטרונים דרך הדגימה באמצעות טכניקה הנקראת מיקרוסקופ אלקטרונים העברה (TEM), שחשפה את המורפולוגיה, הכיוון והמתח של ננו-דיסקיות הזהב לאחר חישול בטמפרטורות שונות. מדידת המאפיינים הללו של ננו-דיסקים מזהב הייתה צעד ראשון הכרחי לקראת ההבנה כיצד ניתן לתכנן את המבנה החדש עבור יישומים בעולם האמיתי בעתיד. "ללא המחקר הזה, לא היינו יודעים אם פיתול שכבת מתכת אפיטקסיאלית על גבי מוליך למחצה בכלל אפשרי", אמר Cui, הסטודנט לתואר שני. "מדידה של המבנה התלת-שכבתי המלא במיקרוסקופ אלקטרוני אישרה שזה לא רק אפשרי, אלא גם שניתן לשלוט במבנה החדש בדרכים מרגשות". בשלב הבא, החוקרים רוצים להמשיך ולחקור את המאפיינים האופטיים של ננו-דיסקיות הזהב באמצעות TEM וללמוד אם העיצוב שלהם משנה מאפיינים פיזיים כמו מבנה הלהקה של Au. הם גם רוצים להרחיב את הרעיון הזה כדי לנסות לבנות מבנים תלת-שכבתיים עם חומרים מוליכים למחצה אחרים ומתכות אחרות. "אנחנו מתחילים לחקור אם רק שילוב זה של חומרים מאפשר זאת או אם זה קורה בצורה רחבה יותר," אמר בוב סינקלייר, פרופסור צ'ארלס מ. פיגוט בבית הספר למדעים והנדסת חומרים בסטנפורד ומחבר שותף במאמר. "הגילוי הזה פותח סדרה חדשה לגמרי של ניסויים שאנחנו יכולים לנסות. אנחנו יכולים להיות בדרך למצוא תכונות חומר חדשות שנוכל לנצל".

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64500.php