Растяжение металлов на атомном уровне позволяет исследователям создавать важные материалы для квантовых, электронных и спинтронн

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 23 мая 2023 г., 14:14:02 MSK
  • 0 комментариев
  • 50 просмотров
Команда под руководством Университета Миннесоты Twin Cities разработала первый в своем роде прорывной метод, который упрощает создание высококачественных пленок оксида металла, важных для различных приложений следующего поколения, таких как квантовые вычисления и микроэлектроника.

Команда, возглавляемая Университетом Миннесоты в городах-побратимах, разработала первый в своем роде прорывной метод, который упрощает создание высококачественных тонких пленок оксида металла из "стойких" металлов, которые исторически было трудно синтезировать атомарно точным способом. Это исследование открывает ученым путь к разработке более совершенных материалов для различных приложений следующего поколения, включая квантовые вычисления, микроэлектронику, сенсоры и энергетический катализ.

Статья исследователей опубликована в Природная нанотехнология, рецензируемый научный журнал, издаваемый издательской группой Nature Publishing Group.

"Это действительно замечательное открытие, поскольку оно раскрывает беспрецедентный и простой способ синтеза материалов в атомном масштабе путем использования силы эпитаксиальной деформации", - сказал Бхарат Джалан, старший автор статьи, профессор и заведующий кафедрой Shell на факультете химической инженерии и материаловедения Университета Миннесоты. "Этот прорыв представляет собой значительное продвижение с далеко идущими последствиями в широком спектре областей. Это не только обеспечивает средство для достижения атомарно-точного синтеза квантовых материалов, но и обладает огромным потенциалом для управления процессами окисления-восстановления в различных областях применения, включая катализ и химические реакции, происходящие в батареях или топливных элементах".

"Стойкие" оксиды металлов, такие как оксиды на основе рутения или иридия, играют решающую роль в многочисленных приложениях в области квантовой информатики и электроники. Однако превращение их в тонкие пленки было сложной задачей для исследователей из-за трудностей, присущих окислению металлов с использованием процессов высокого вакуума.

Изготовление этих материалов на протяжении десятилетий ставило в тупик ученых-материаловедов. В то время как некоторые исследователи успешно добились окисления, используемые до сих пор методы были дорогостоящими, небезопасными или приводили к плохому качеству материала.

Решение исследователей из Университета Миннесоты? Дайте ему размяться.

Пытаясь синтезировать оксиды металлов с помощью обычной молекулярно-лучевой эпитаксии, низкоэнергетического метода, который генерирует отдельные слои материала в камере сверхвысокого вакуума, исследователи наткнулись на новаторское открытие. Они обнаружили, что внедрение концепции под названием "эпитаксиальная деформация" - эффективное растяжение металлов на атомном уровне - значительно упрощает процесс окисления этих стойких металлов.

"Это позволяет создавать технологически важные оксиды металлов из стойких металлов в атмосфере сверхвысокого вакуума, что было давней проблемой", - сказал Сриджит Наир, первый автор статьи и аспирант химического факультета Университета Миннесоты. "Существующие подходы к синтезу имеют ограничения, и нам нужно найти новые способы еще больше расширить эти ограничения, чтобы мы могли производить материалы более высокого качества. Наш новый метод растяжения материала в атомном масштабе - это один из способов улучшить производительность существующей технологии".

Хотя команда Университета Миннесоты использовала иридий и рутений в качестве примеров в этой статье, их метод обладает потенциалом для получения оксидов с точностью до атома любого трудноокисляемого металла. Этим новаторским открытием исследователи стремятся дать возможность ученым по всему миру синтезировать эти новые материалы.

Исследователи тесно сотрудничали с сотрудниками Обернского университета, Университета Делавэра, Брукхейвенской национальной лаборатории, Аргоннской национальной лаборатории и лаборатории профессора Андре Мхояна из Миннесотского университета на кафедре химической инженерии и материаловедения, чтобы проверить свой метод.

"Когда мы очень внимательно рассмотрели эти пленки оксида металла с помощью очень мощных электронных микроскопов, мы зафиксировали расположение атомов и определили их типы", - объяснил Мхоян. "Конечно же, они были красиво и периодически расположены так, как и должно быть в этих кристаллических пленках".

Это исследование финансировалось главным образом Министерством энергетики Соединенных Штатов (DOE), Управлением научных исследований ВВС (AFOSR) и Научно-техническим центром исследований материалов Университета Миннесоты (MRSEC).

Помимо Джалана, Наира и Мхояна, в исследовательскую группу входили исследователи городов-побратимов Университета Миннесоты Чжифэй Ян, Дуен Ли и Силе Го; исследователь Брукхейвенской национальной лаборатории Ежи Садовски; исследователи Обернского университета Спенсер Джонсон, Райан Комес и Венкан Джин; исследователи Университета Делавэра Абдул Сабур и Андерсон Янотти; и исследователи Аргоннской национальной лаборатории Янь Ли и Хуа Чжоу. Часть работы была выполнена в Центре определения характеристик Университета Миннесоты.

Комментарии

0 комментариев