Các nhà nghiên cứu thêm một 'bước ngoặt' vào thiết kế vật liệu cổ điển

Các nhà nghiên cứu thêm một 'bước ngoặt' vào thiết kế vật liệu cổ điển

Dấu thời gian: ngày 24 tháng 2024 năm 11 23:XNUMX sáng
Nút nguồn: 3083160
Jan 24, 2024

(Tin tức 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.” văn bản CAPTION

Thêm các lớp, với một sự thay đổi

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 Khoa học (“Twisted epitaxy of gold nanodisks grown between twisted substrate layers of molybdenum disulfide”), các nhà nghiên cứu đã thêm một lớp vàng vào giữa hai tấm vật liệu bán dẫn truyền thống, molypden disulfide (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 lớp, vàng rất vui khi được căn chỉnh với nó, vì vậy không có hiện tượng xoắn nào xảy ra”, Cui, nghiên cứu sinh cho biết. “Nhưng với hai MoS xoắn2 tấm, vàng không chắc chắn sẽ thẳng hàng với lớp trên cùng hoặc dưới cùng. Chúng tôi đã cố gắng giúp vàng giải quyết sự nhầm lẫn của nó và phát hiện ra mối quan hệ giữa hướng của Au và góc xoắn của MoS hai lớp2".

Chuyển đổi đĩa nano vàng

Để nghiên cứu chi tiết lớp vàng, nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học Vật liệu và Năng lượng Stanford (SIMES) và LBNL đã nung nóng toàn bộ mẫu của cấu trúc lên 500 độ C. Sau đó, họ gửi một dòng điện tử qua mẫu bằng kỹ thuật gọi là kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), kỹ thuật này cho thấy hình thái, sự định hướng và biến dạng của đĩa nano vàng sau khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Việc đo những đặc tính này của đĩa nano vàng là bước cần thiết đầu tiên để hiểu được cấu trúc mới có thể được thiết kế như thế nào cho các ứng dụng trong thế giới thực trong tương lai. Cui, nghiên cứu sinh cho biết: “Nếu không có nghiên cứu này, chúng tôi sẽ không biết liệu có thể xoắn một lớp kim loại epiticular lên trên chất bán dẫn hay không”. “Việc đo cấu trúc ba lớp hoàn chỉnh bằng kính hiển vi điện tử đã xác nhận rằng điều đó không chỉ khả thi mà còn có thể kiểm soát cấu trúc mới theo những cách thú vị.” Tiếp theo, các nhà nghiên cứu muốn nghiên cứu sâu hơn các tính chất quang học của đĩa nano vàng bằng TEM và tìm hiểu xem thiết kế của chúng có làm thay đổi các tính chất vật lý như cấu trúc dải của Au hay không. Họ cũng muốn mở rộng khái niệm này để cố gắng xây dựng các cấu trúc ba lớp bằng các vật liệu bán dẫn và kim loại khác. Bob Sinclair, Giáo sư Charles M. Pigott tại trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của Stanford và đồng tác giả bài báo cho biết: “Chúng tôi đang bắt đầu khám phá xem liệu chỉ sự kết hợp vật liệu này mới cho phép điều này xảy ra hay nó xảy ra rộng rãi hơn”. “Khám phá này đang mở ra một loạt thí nghiệm hoàn toàn mới mà chúng ta có thể thử. Chúng tôi có thể đang trên đường tìm kiếm những đặc tính vật chất hoàn toàn mới mà chúng tôi có thể khai thác.”

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano