นักวิจัยเพิ่ม 'จุดหักมุม' ให้กับการออกแบบวัสดุแบบคลาสสิก

นักวิจัยเพิ่ม 'จุดหักมุม' ให้กับการออกแบบวัสดุแบบคลาสสิก

ประทับเวลา: 24 มกราคม 2024 11:23 น
โหนดต้นทาง: 3083160
ม.ค. 24, 2024

(ข่าวนาโนเวิร์ค) 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.” ข้อความ แคปชั่น

เพิ่มชั้นด้วยการบิด

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 วิทยาศาสตร์ (“Twisted epitaxy of gold nanodisks grown between twisted substrate layers of molybdenum disulfide”) นักวิจัยได้เพิ่มชั้นทองคำระหว่างแผ่นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมสองแผ่น โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS)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 ทองคำก็ยินดีที่จัดให้อยู่ในแนวเดียวกัน จึงไม่เกิดการบิดเบี้ยว” Cui นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษากล่าว “แต่ด้วย MoS ที่บิดเบี้ยวสองตัว2 แผ่นทองไม่แน่ใจว่าจะตรงกับชั้นบนหรือล่าง เราสามารถช่วยทองคำแก้ปัญหาความสับสน และค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างการวางแนวของ Au และมุมบิดของ MoS สองชั้น2".

การดูดซับแผ่นนาโนทองคำ

เพื่อศึกษาชั้นทองคำอย่างละเอียด ทีมนักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์วัสดุและพลังงานสแตนฟอร์ด (SIMES) และ LBNL ได้อุ่นตัวอย่างโครงสร้างทั้งหมดที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส จากนั้นพวกเขาก็ส่งกระแสอิเล็กตรอนผ่านตัวอย่างโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) ซึ่งเผยให้เห็นลักษณะทางสัณฐานวิทยา การวางแนว และความเครียดของแผ่นนาโนทองคำหลังจากการหลอมที่อุณหภูมิต่างๆ การวัดคุณสมบัติเหล่านี้ของแผ่นนาโนทองคำเป็นขั้นตอนแรกที่จำเป็นในการทำความเข้าใจว่าโครงสร้างใหม่นี้สามารถออกแบบสำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างไรในอนาคต “หากไม่มีการศึกษานี้ เราจะไม่รู้ว่าการบิดชั้นโลหะเหนือเซมิคอนดักเตอร์จะเป็นไปได้หรือไม่” Cui นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษากล่าว “การวัดโครงสร้างสามชั้นที่สมบูรณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนยืนยันว่าไม่เพียงแต่เป็นไปได้เท่านั้น แต่ยังสามารถควบคุมโครงสร้างใหม่ด้วยวิธีที่น่าตื่นเต้นอีกด้วย” ต่อไป นักวิจัยต้องการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางแสงของแผ่นนาโนทองคำโดยใช้ TEM และเรียนรู้ว่าการออกแบบของพวกเขาเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น โครงสร้างแถบของ Au หรือไม่ พวกเขายังต้องการขยายแนวคิดนี้เพื่อพยายามสร้างโครงสร้างสามชั้นด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และโลหะอื่นๆ Bob Sinclair ศาสตราจารย์ Charles M. Pigott จากโรงเรียนวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ของ Stanford และผู้ร่วมเขียนรายงานกล่าวว่า "เรากำลังเริ่มสำรวจว่าการรวมกันของวัสดุเหล่านี้เท่านั้นที่เอื้อให้เกิดสิ่งนี้ หรือเกิดขึ้นได้ในวงกว้างมากขึ้น" “การค้นพบนี้ถือเป็นการเปิดการทดลองชุดใหม่ทั้งหมดที่เราสามารถลองได้ เราอาจกำลังค้นหาคุณสมบัติของวัสดุใหม่ที่เราสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค