Когда материалы создаются в нанометровом масштабе - толщиной всего в несколько атомов - даже тепловая энергия, присутствующая при комнатной температуре, может вызвать структурную рябь. То, как эти колебания влияют на механические свойства этих тонких материалов, может ограничить их использование в электронике и других ключевых системах.
Новое исследование подтверждает теоретические модели о том, как эластичность зависит от масштаба - другими словами, упругие свойства материала не являются постоянными, а изменяются в зависимости от размера куска материала.
Доцент Бингемтонского университета Цзянь Чжоу сотрудничал с исследователями из Аргоннской национальной лаборатории, Гарвардского университета, Принстонского университета и Университета штата Пенсильвания для недавно опубликованной статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Используя процесс производства полупроводников, команда создала структуры из оксида алюминия толщиной 28 нанометров (более чем в 1000 раз тоньше диаметра человеческого волоса) на кремниевой пластине с термоподобной статической рябью, затем протестировала их с помощью лазеров, чтобы измерить их поведение. Чтобы устранить возможное напряжение в материале, которое могло повлиять на результаты, пластины удерживались консолью во время тестирования.
Результаты совпали с теориями, предложенными исследовательской группой, возглавляемой известным профессором Гарварда Дэвидом Р. Нельсоном, одним из авторов этого нового исследования.
"Это первый раз, когда мы можем точно охарактеризовать волновой эффект на тонкой пленке", - сказал Чжоу, преподаватель факультета машиностроения инженерного колледжа Томаса Дж. Уотсона и прикладных наук.
Знание эффектов пульсаций важно, поскольку микроэлектроника, микромеханические устройства, микроскопические роботы и другие устройства могут быть изготовлены из тонких пленок, что приведет к инновациям в медицине, вычислительной технике и других технологиях.
В момент беззаботности Чжоу и его сотрудники использовали полученные знания, чтобы согнуть материал в наноскопические цветы.
"Как только мы узнаем больше о механических свойствах, мы сможем создавать более совершенные структуры, такие как микроробототехника, с точным контролем желаемой геометрии", - сказал он. "Например, я могу внедрить управляемые в реальном времени действия, где изначально это одна форма, а когда мы применяем некоторое возбуждение, это может быть что-то другое - например, трансформатор!"
Ричард Хуан, аспирант из группы Нельсона; Андрей Кошмрль, доцент Принстонского университета; Дэвид А. Чаплевски, ученый из Аргоннской национальной лаборатории; и Даниэль Лопес, профессор Университета штата Пенсильвания, являются соавторами исследования.
Комментарии