Следование за атомами в реальном времени может привести к лучшему дизайну материалов

Исследователи использовали технику, подобную , чтобы проследить движение отдельных атомов в реальном времени, когда они группируются вместе, чтобы сформировать двумерные ы, которые представляют собой один атомный слой толщиной.


Результаты, опубликованные в журнале Письма с физическими проверками, могут быть использованы для разработки новых типов материалов и устройств квантовой и. Исследователи из Кембриджского университета зафиксировали движение атомов со ью, которая на восемь порядков больше, чем у обычных микроскопов.

Двумерные материалы, такие как графен, могут улучшить характеристики существующих и новых устройств благодаря своим уникальным свойствам, таким как превосходная проводимость и прочность. Двумерные материалы имеют широкий спектр потенциальных применений, от био-ирования и доставки лекарств до квантовой информации и квантовых вычислений. Однако для того, чтобы полностью раскрыли свой потенциал, их свойства необходимо отрегулировать с помощью контролируемого процесса роста.

Эти материалы обычно образуются, когда атомы «прыгают» на поддерживающую подложку, пока не прикрепятся к растущему кластеру. Возможность контролировать этот процесс дает ученым гораздо больший контроль над готовыми материалами. Однако для большинства материалов этот процесс происходит так быстро и при таких высоких ах, что за ним можно проследить только с помощью снимков замороженной поверхности, запечатлевая отдельный момент, а не весь процесс.

Теперь исследователи из Кембриджского университета наблюдали за всем процессом в режиме реального времени при температурах, сопоставимых с теми, которые используются в промышленности.

Исследователи использовали метод, известный как «гелиевое спин-эхо», который был разработан в Кембридже за последние 15 лет. Этот метод имеет сходство с магнитно-резонансной томографией (МРТ), но использует пучок атомов гелия для «освещения» целевой поверхности, подобно источникам света в обычных микроскопах.

«Используя эту технику, мы можем проводить ы, подобные МРТ, на лету, когда атомы рассеиваются», – сказал доктор Надав Авидор из Кэвендишской лаборатории Кембриджа, старший автор статьи. «Если вы думаете об источнике света, который светит фотонами на образец, когда эти возвращаются в ваш глаз, вы можете увидеть, что происходит в образце».

Однако вместо фотонов Авидор и его коллеги используют атомы гелия для наблюдения за тем, что происходит на поверхности образца. Взаимодействие гелия с атомами на поверхности позволяет сделать вывод о движении поверхностных частиц.

Используя тестовый образец атомов а, движущихся по поверхности металлического рутения, исследователи зафиксировали спонтанное разрушение и образование кислородных кластеров размером всего в несколько атомов, а также атомов, которые быстро диффундируют между кластерами.