نیوزویز – محققان آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC وزارت انرژی، دانشگاه استنفورد و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی DOE (LBNL) برای اولین بار یک ساختار کریستالی چند لایه پیچ خورده را رشد داده و ویژگی های کلیدی این ساختار را اندازه گیری کردند. این ساختار پیچ خورده می تواند به محققان کمک کند تا مواد نسل بعدی سلول های خورشیدی، کامپیوترهای کوانتومی، لیزر و سایر دستگاه ها را توسعه دهند.
یی کوی، استاد دانشگاه استنفورد و SLAC و یکی از نویسندگان این گزارش گفت: «این ساختار چیزی است که ما قبلاً ندیده بودیم – برای من شگفت‌انگیز بود. یک ویژگی الکترونیکی کوانتومی جدید ممکن است در این ساختار پیچ خورده سه لایه در آزمایش‌های آینده پدیدار شود.
اضافه کردن لایه ها، با پیچ و تاب
کریستال‌هایی که تیم طراحی کردند مفهوم اپیتاکسی را گسترش دادند، پدیده‌ای که زمانی اتفاق می‌افتد که یک نوع ماده کریستالی بر روی ماده‌ای دیگر به شکل منظم رشد می‌کند – مانند رشد یک چمنزار تمیز در بالای خاک، اما در سطح اتمی. درک رشد اپیتاکسیال برای بیش از 50 سال برای توسعه بسیاری از صنایع، به ویژه صنعت نیمه هادی، حیاتی بوده است. در واقع، اپیتاکسی بخشی از بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی است که امروزه استفاده می‌کنیم، از تلفن‌های همراه گرفته تا رایانه‌ها و پنل‌های خورشیدی، که به جریان الکتریسیته اجازه می‌دهد به جای عبور از آنها.
تا به امروز، تحقیقات اپیتاکسی بر روی رشد یک لایه از مواد بر روی لایه دیگر متمرکز شده است، و هر دو ماده دارای جهت کریستالی یکسان در سطح مشترک هستند. این رویکرد برای چندین دهه در بسیاری از کاربردها مانند ترانزیستورها، دیودهای ساطع کننده نور، لیزرها و دستگاه های کوانتومی موفق بوده است. اما برای یافتن مواد جدیدی که حتی برای نیازهای سخت تر مانند محاسبات کوانتومیمحققان به دنبال طرح‌های اپیتاکسیال دیگری هستند – طرح‌هایی که ممکن است پیچیده‌تر اما عملکرد بهتری داشته باشند، از این رو مفهوم “هم‌نقشی پیچ خورده” در این مطالعه نشان داده شد.
در آزمایش خود، جزئیات این ماه در علوم پایهمحققان یک لایه طلا بین دو ورقه از یک ماده نیمه هادی سنتی، دی سولفید مولیبدن (MoS) اضافه کردند.2). یی کوی، دانشجوی فارغ التحصیل پروفسور علوم و مهندسی مواد در استنفورد گفت: از آنجایی که جهت ورقه های بالا و پایین متفاوت است، اتم های طلا نمی توانند همزمان با هر دو هماهنگ شوند و به ساختار طلا اجازه می دهد تا بپیچد. نویسنده مشترک مقاله
«فقط با MoS کمتر2 کوی، یک دانشجوی فارغ التحصیل می گوید: «طلا خوشحال می شود که با آن هماهنگ شود، بنابراین هیچ پیچشی رخ نمی دهد. اما با دو MoS پیچ خورده2 ورق، طلا مطمئن نیست که با لایه بالا یا پایین تراز شود. ما توانستیم به طلا کمک کنیم سردرگمی خود را برطرف کند و رابطه ای بین جهت طلا و زاویه پیچش MoS دو لایه پیدا کردیم.2“
سنجاق نانودیسک های طلا
برای مطالعه دقیق لایه طلا، تیم تحقیقاتی موسسه علوم مواد و انرژی استنفورد (SIMES) و LBNL نمونه ای از کل ساختار را تا 500 درجه سانتیگراد گرم کردند. آنها سپس با استفاده از تکنیکی به نام میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) جریانی از الکترون ها را از طریق نمونه ارسال کردند که مورفولوژی، جهت گیری و کرنش نانودیسک های طلا را پس از بازپخت در دماهای مختلف نشان داد. اندازه‌گیری این ویژگی‌های نانودیسک‌های طلا اولین گام ضروری برای درک اینکه چگونه ساختار جدید می‌تواند برای کاربردهای دنیای واقعی در آینده مهندسی شود، بود.
کوی، دانشجوی فارغ التحصیل گفت: «بدون این مطالعه، ما نمی‌دانستیم که آیا چرخاندن یک لایه همپایه فلز روی یک نیمه‌رسانا حتی امکان‌پذیر است یا خیر. اندازه گیری ساختار سه لایه کامل توسط میکروسکوپ الکترونی تایید کرد که نه تنها امکان پذیر است، بلکه می توان ساختار جدید را به روش های هیجان انگیز کنترل کرد.
در مرحله بعد، محققان می‌خواهند ویژگی‌های نوری نانودیسک‌های طلا را با استفاده از TEM مطالعه کنند و بدانند که آیا طراحی آنها ویژگی‌های فیزیکی مانند ساختار نوار طلا را تغییر می‌دهد یا خیر. آنها همچنین می خواهند این مفهوم را گسترش دهند و سعی کنند ساختارهای سه لایه را با سایر مواد نیمه هادی و سایر فلزات بسازند.
باب سینکلر، پروفسور چارلز ام. پیگوت در دانشکده علوم و مهندسی مواد استنفورد و یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: “ما شروع به بررسی کردیم که آیا این فقط ترکیبی از مواد است که این اجازه را می دهد یا اینکه به طور گسترده تر اتفاق می افتد.” گزارش. “این کشف مجموعه جدیدی از آزمایشات را باز می کند که می توانیم آنها را امتحان کنیم. ما ممکن است در شرف کشف ویژگی‌های جدید مواد برای بهره‌برداری باشیم.»
