นักวิจัยเพิ่ม 'จุดหักมุม' ให้กับการออกแบบวัสดุแบบคลาสสิก

ม.ค. 24, 2024

(ข่าวนาโนเวิร์ค) นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC ของกระทรวงพลังงาน มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley (LBNL) ของ DOE ได้พัฒนาโครงสร้างผลึกหลายชั้นที่บิดเบี้ยวเป็นครั้งแรก และวัดคุณสมบัติที่สำคัญของโครงสร้าง โครงสร้างที่บิดเบี้ยวนี้สามารถช่วยนักวิจัยพัฒนาวัสดุยุคใหม่สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ คอมพิวเตอร์ควอนตัม เลเซอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ “โครงสร้างนี้เป็นสิ่งที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน มันทำให้ฉันประหลาดใจมาก” Yi Cui ศาสตราจารย์จาก Stanford และ SLAC และผู้ร่วมเขียนรายงานกล่าว "คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมใหม่อาจปรากฏภายในโครงสร้างบิดเบี้ยวสามชั้นนี้ในการทดลองในอนาคต" แคปชั่น

เพิ่มชั้นด้วยการบิด

คริสตัลที่ทีมงานออกแบบได้ขยายแนวคิดเรื่อง epitaxy ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุคริสตัลประเภทหนึ่งเติบโตบนวัสดุอื่นในลักษณะที่เป็นระเบียบ เหมือนกับการปลูกสนามหญ้าเรียบร้อยบนดิน แต่ในระดับอะตอม การทำความเข้าใจการเติบโตของอีพิแทกเซียลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาของอุตสาหกรรมต่างๆ มานานกว่า 50 ปี โดยเฉพาะอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ อันที่จริง Epitaxy เป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดที่เราใช้ในปัจจุบัน ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือไปจนถึงคอมพิวเตอร์ไปจนถึงแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลและไม่ไหลผ่านอุปกรณ์เหล่านี้ จนถึงปัจจุบัน การวิจัย epitaxy ได้มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มวัสดุหนึ่งชั้นไปยังอีกชั้นหนึ่ง และวัสดุทั้งสองมีการวางแนวคริสตัลเหมือนกันที่ส่วนต่อประสาน แนวทางนี้ประสบความสำเร็จมานานหลายทศวรรษในการใช้งานหลายอย่าง เช่น ทรานซิสเตอร์ ไดโอดเปล่งแสง เลเซอร์ และอุปกรณ์ควอนตัม แต่เพื่อค้นหาวัสดุใหม่ที่มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้นสำหรับความต้องการที่มีความต้องการมากขึ้น เช่น คอมพิวเตอร์ควอนตัม นักวิจัยกำลังค้นหาการออกแบบ epitaxis อื่นๆ ซึ่งอาจซับซ้อนกว่าแต่มีประสิทธิภาพดีกว่า ดังนั้นแนวคิด "twisted epitaxy" จึงแสดงให้เห็นในการศึกษานี้ ในการทดลองมีรายละเอียดอยู่ใน วิทยาศาสตร์ (“ชั้น epitaxy ที่บิดเบี้ยวของแผ่นนาโนทองคำที่เติบโตระหว่างชั้นสารตั้งต้นที่บิดเบี้ยวของโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์”) นักวิจัยได้เพิ่มชั้นทองคำระหว่างแผ่นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมสองแผ่น โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS)2- เนื่องจากแผ่นด้านบนและด้านล่างมีการวางแนวที่แตกต่างกัน อะตอมของทองคำจึงไม่สามารถจัดตำแหน่งทั้งสองอย่างพร้อมกันได้ ซึ่งทำให้โครงสร้าง Au บิดเบี้ยว Yi Cui นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของศาสตราจารย์ Cui สาขาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ที่ Stanford และผู้ร่วมเขียนรายงานกล่าว . “ด้วย MoS ด้านล่างเท่านั้น2 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”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64500.php