|
Раскрывая потенциал квантовых материалов
|
|
|
|
Исследовательская группа, возглавляемая Национальной лабораторией Окриджа при Министерстве энергетики США, разработала уникальный метод наблюдения изменений в материалах на атомном уровне. Этот метод открывает новые возможности для понимания и разработки передовых материалов для квантовых вычислений и электроники. Статья опубликована в журнале Science Advances.
|
|
|
|
Новая технология, получившая название Rapid Object Detection and Action System, или RODAS, сочетает в себе методы визуализации, спектроскопии и микроскопии для определения свойств мимолетных атомных структур по мере их формирования, обеспечивая беспрецедентное понимание того, как изменяются свойства материалов в мельчайших масштабах.
|
|
|
|
Традиционные подходы, сочетающие сканирующую просвечивающую электронную микроскопию, или STEM, со спектроскопией потерь энергии электронов, или EELS, были ограничены, поскольку электронный луч может изменять или разрушать анализируемые материалы. Такая динамика часто заставляет ученых измерять измененные состояния, а не предполагаемые свойства материала. RODAS преодолевает это ограничение и также интегрирует систему с динамической визуализацией с поддержкой компьютерного зрения, которая использует машинное обучение в режиме реального времени.
|
|
|
|
При анализе образца RODAS фокусируется только на интересующих областях. Такой подход позволяет проводить быстрый анализ — за секунды или миллисекунды — по сравнению с несколькими минутами, которые иногда требуются при использовании других методов исследования СТВОЛОВЫХ УГРЕЙ. Важно отметить, что RODAS извлекает важную информацию, не разрушая образец.
|
|
|
|
|
|
|
Все материалы имеют дефекты, и эти дефекты могут непосредственно влиять практически на любые свойства материала — например, электронные, механические или квантовые. Дефекты могут проявляться различными способами на атомном уровне, как по своей природе, так и в ответ на внешние воздействия, такие как облучение электронным пучком.
|
|
|
|
К сожалению, локальные свойства этих различных конфигураций дефектов изучены недостаточно хорошо. Хотя методы STEM позволяют экспериментально измерить такие конфигурации, исследование конкретных конфигураций без их изменения является чрезвычайно сложной задачей.
|
|
|
|
"Понимание конфигурации дефектов имеет решающее значение для разработки материалов следующего поколения", - сказал ведущий автор исследования Кевин Роккаприоре (Kevin Roccapriore) из Центра нанофазных материаловедческих исследований ORNL. "Обладая такими знаниями, мы могли бы намеренно создать определенную конфигурацию для получения определенных свойств. Такая работа полностью отделена от наблюдений и анализа, но представляет собой одно из потенциально важных направлений на будущее".
|
|
Раскрытие потенциала квантовых материалов
|
|
|
|
Исследовательская группа продемонстрировала свою технологию на однослойном дисульфиде молибдена, перспективном полупроводниковом материале для квантовых вычислений и оптики. Дисульфид молибдена особенно интересен тем, что он может испускать одиночные фотоны из дефектов, известных как одиночные вакансии серы.
|
|
|
|
В этом материале одиночная вакансия серы означает отсутствие одного атома серы в его ячеистой решетчатой структуре, которая представляет собой расположение атомов. Эти вакансии могут объединяться, создавая уникальные электронные свойства, которые делают дисульфид молибдена ценным для передовых технологических применений.
|
|
|
|
Изучая дисульфид молибдена и подобные однослойные материалы, ученые надеются найти ответы на важные вопросы об оптических или электронных свойствах на атомном уровне.
|
|
Новые рубежи в материаловедении
|
|
|
|
Технология RODAS представляет собой значительный шаг вперед в определении характеристик материалов. Это позволяет исследователям динамически исследовать взаимосвязи между структурой и свойствами в процессе анализа, выбирать конкретные атомы или дефекты для измерения по мере их образования, эффективно собирать данные о различных типах дефектов, адаптироваться для идентификации новых атомов или классов дефектов в режиме реального времени и минимизировать повреждение образца при проведении детального анализа.
|
|
|
|
Применив эту технологию к одному слою дисульфида молибдена, легированного ванадием, исследовательская группа получила новое представление о формировании и эволюции дефектов под воздействием электронного пучка. Этот подход позволяет исследовать и характеризовать материалы в динамическом состоянии, что позволяет глубже понять, как они ведут себя при различных воздействиях.
|
|
|
|
"Методы материаловедения, такие как усовершенствованная электронная микроскопия, продолжают расширять наше понимание физического мира, и такие системы, как RODAS, могут сыграть решающую роль в ускорении открытий и инноваций", - сказал Роккаприоре.
|
|
|
|
"Возможность наблюдать и анализировать материалы в атомном масштабе в режиме реального времени демонстрирует потенциал для расширения границ в области вычислительной техники, электроники и за ее пределами и, в конечном счете, позволяет разрабатывать преобразующие технологии".
|
|
|
|
Источник
|
