Naukowcy dodają zwrot do klasycznego projektowania materiałów

Naukowcy dodają zwrot do klasycznego projektowania materiałów

Znacznik czasu: 24 stycznia 2024 11:23
Węzeł źródłowy: 3083160
Jan 24, 2024

(Wiadomości Nanowerk) 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.” XNUMX PODPIS

Dodawanie warstw z niespodzianką

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 nauka (“Twisted epitaxy of gold nanodisks grown between twisted substrate layers of molybdenum disulfide”) badacze dodali warstwę złota pomiędzy dwoma arkuszami tradycyjnego materiału półprzewodnikowego, dwusiarczku molibdenu (MoS2). 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 warstwie, złoto chętnie się z nią dopasowuje, więc nie dochodzi do żadnych zwrotów akcji” – powiedział Cui, absolwent. „Ale z dwoma pokręconymi MoS2 arkuszy, złoto nie jest pewne, czy zrówna się z górną lub dolną warstwą. Udało nam się pomóc złotemu rozwiązać jego zamieszanie i odkryliśmy związek pomiędzy orientacją Au a kątem skręcenia dwuwarstwowego MoS2".

Zabijanie złotych nanodysków

Aby szczegółowo zbadać warstwę złota, zespół naukowców z Instytutu Nauk o Materiałach i Energii Stanforda (SIMES) oraz LBNL podgrzał próbkę całej struktury do 500 stopni Celsjusza. Następnie przesłali strumień elektronów przez próbkę, stosując technikę zwaną transmisyjną mikroskopią elektronową (TEM), która ujawniła morfologię, orientację i odkształcenie złotych nanodysków po wygrzewaniu w różnych temperaturach. Pomiar tych właściwości nanodysków złota był niezbędnym pierwszym krokiem w kierunku zrozumienia, w jaki sposób można zaprojektować nową strukturę do przyszłych zastosowań w świecie rzeczywistym. „Bez tego badania nie wiedzielibyśmy, czy skręcenie epitaksjalnej warstwy metalu na wierzchu półprzewodnika jest w ogóle możliwe” – powiedział Cui, absolwent. „Pomiar całej struktury trójwarstwowej za pomocą mikroskopu elektronowego potwierdził, że jest to nie tylko możliwe, ale także, że nową strukturę można kontrolować w ekscytujący sposób”. Następnie badacze chcą dalej badać właściwości optyczne nanodysków złota za pomocą TEM i dowiedzieć się, czy ich konstrukcja zmienia właściwości fizyczne, takie jak struktura pasmowa Au. Chcą także rozszerzyć tę koncepcję, aby spróbować zbudować struktury trójwarstwowe z innymi materiałami półprzewodnikowymi i innymi metalami. „Zaczynamy badać, czy pozwala na to tylko taka kombinacja materiałów, czy też zdarza się to w szerszym zakresie” – powiedział Bob Sinclair, profesor Charlesa M. Pigotta w Szkole Nauki i Inżynierii Materiałowej na Uniwersytecie Stanforda oraz współautor artykułu. „To odkrycie otwiera zupełnie nową serię eksperymentów, które możemy wypróbować. Moglibyśmy być na dobrej drodze do znalezienia zupełnie nowych właściwości materiałów, które moglibyśmy wykorzystać”.

Znak czasu:

Więcej z Nanowerk