При 10-миллионном увеличении обнаружена проводимость кристаллических структур

В новаторских исследованиях материалов группа под руководством профессора Миннесотского университета К. Андре Мхояна сделала открытие, сочетающее в себе лучшее из двух востребованных качеств сенсорных экранов и умных окон – прозрачности и проводимости.


Исследователи впервые наблюдают металлические линии в кристалле перовскита. Перовскиты изобилуют в центре Земли, и станнат бария (BaSnO3) является одним из таких кристаллов. Однако его металлические свойства не изучались широко из-за преобладания на планете более проводящих материалов, таких как металлы или полупроводники. Открытие было сделано с помощью передовой просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), метода, который позволяет формировать изображения с увеличением до 10 миллионов.

Исследование опубликовано в Успехи науки.

«Электропроводная природа и предпочтительное направление этих металлических линейных дефектов означает, что мы можем сделать материал, который будет прозрачным, как стекло, и в то же время очень хорошо проводящим по направлению, как металл», – сказали Мхоян, по ТЕМ и Рэй Д. и Мэри T. Johnson / Mayon, заведующий кафедрой пластмасс факультета химической инженерии и материаловедения Колледжа науки и инженерии Миннесотского университета. «Это дает нам лучшее из двух миров. Мы можем сделать окна или новые типы сенсорных экранов прозрачными и в то же время проводящими. Это очень увлекательно».

Дефекты или дефекты являются обычным явлением в кристаллах, а линейные дефекты (наиболее распространенным среди них является дислокация) представляют собой ряд атомов, которые отклоняются от нормального порядка. Поскольку дислокации имеют тот же состав элементов, что и основной кристалл, изменения в электронной зонной структуре в ядре дислокации из-за снижения симметрии и деформации часто лишь незначительно отличаются от основной. Исследователям нужно было посмотреть за пределы дислокаций, чтобы найти дефект металлической линии, где состав дефекта и результирующая атомная структура сильно различаются.

«Мы легко обнаружили эти линейные дефекты на изображениях тонких пленок BaSnO3, полученных с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии с высоким разрешением, из-за их уникальной атомной конфигурации, и мы видели их только на виде сверху», – сказал Хванхуэй Юн, аспирант кафедры Химическая инженерия и материаловедение и ведущий автор исследования.

Для этого исследования пленки BaSnO3 были выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МБЭ) – методики изготовления высококачественных кристаллов – в лаборатории Университета Миннесотских городов-побратимов. Металлические линейные дефекты, наблюдаемые в этих пленках BaSnO3, распространяются вдоль направления роста пленки, что означает, что исследователи потенциально могут контролировать, как и где появляются линейные дефекты, и потенциально проектировать их по мере необходимости в сенсорных экранах, интеллектуальных окнах и других технологиях будущего, требующих сочетания прозрачности. и проводимость.

«Мы должны были проявить творческий подход, чтобы вырастить высококачественные тонкие пленки BaSnO3 с использованием МЛЭ. Было очень интересно, когда эти новые линейные дефекты были обнаружены в микроскопе», – сказал Бхарат Джалан, доцент и заведующий кафедрой Shell в Департаменте химической инженерии и материалов. Science, который возглавляет лабораторию по выращиванию различных пленок оксида перовскита методом MBE.

Кристаллы перовскита (ABX3) содержат три элемента в элементарной ячейке. Это дает ему свободу для структурных изменений, таких как состав и симметрия кристалла, а также возможность удерживать различные дефекты. Из-за различных углов координации и связи атомов в ядре дефекта линии вводятся новые электронные состояния, а структура электронной зоны локально модифицируется настолько радикально, что превращает дефект линии в металл.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments