Ичао Чжан, доцент кафедры материаловедения и инженерии Мэрилендского университета, разработал метод электронной микроскопии для непосредственного получения изображений "муаровых фаз" - физического явления, которое влияет на сверхпроводимость и теплопроводность двумерных материалов для электронных и квантовых устройств следующего поколения. Статья об исследовании, в которой впервые задокументированы изображения тепловых колебаний отдельных атомов, опубликована 24 июля в журнале Science. (Смотрите ссылку на видео ниже.)

Двумерные материалы, представляющие собой листообразные структуры толщиной в несколько нанометров, исследуются в качестве новых компонентов квантовых и электронных устройств следующего поколения. Особенностью скрученных двумерных материалов являются "муаровые фазы", имеющие решающее значение для понимания теплопроводности материалов, электронного поведения и структурного порядка. Ранее муаровые фазы было трудно обнаружить экспериментально, что препятствовало дальнейшему пониманию материалов, которые могли бы революционизировать квантовые технологии и энергоэффективную электронику.

Исследовательская группа Чжана взялась за решение этой задачи, используя новую технику под названием "электронная птихография", которая позволила достичь самого высокого документированного разрешения (более 15 пикометров) и обнаружить размытие отдельных атомов, вызванное тепловыми колебаниями. Ее работа показала, что пространственно локализованные муаровые фазы доминируют в тепловых колебаниях скрученных двумерных материалов, что коренным образом изменило понимание учеными их воздействия.

Прорывное исследование, подтвердившее давние теоретические предсказания муаровых фаз, также продемонстрировало, что "электронная птихография" впервые может быть использована для отображения тепловых колебаний с атомной точностью, что ранее было недоступно для экспериментов.

"Это похоже на расшифровку скрытого языка движения атомов", - сказал Чжан. "Электронная птихография позволяет нам непосредственно видеть эти тонкие вибрации. Теперь у нас есть новый мощный метод исследования ранее скрытой физики, который ускорит открытия в области двумерных квантовых материалов".

Исследовательская группа Чжана в следующий раз сосредоточится на выяснении того, как дефекты и границы раздела в квантовых и электронных материалах влияют на тепловые колебания. Управление тепловыми колебаниями этих материалов могло бы позволить создавать новые устройства с индивидуальными тепловыми, электронными и оптическими свойствами, прокладывая путь к достижениям в области квантовых вычислений, энергоэффективной электроники и наноразмерных датчиков.