Тепловое движение фотографируется в атомном масштабе.

Нанотехнологии

Редакция сайта «Технологические инновации» — 3 сентября 2025 г.

На изображении слева показаны атомы, присутствующие в двумерном материале. Справа — фотографии отдельных атомов. [Изображение: Ичао Чжан и др. - 10.1126/science.adw7751]

Фазоны

Изучая явления атомного масштаба, которые напрямую влияют на передовые электронные и квантовые компоненты, ученым удалось получить первые изображения тепловых колебаний атомов.

И они не только открыли новый тип движения атомов, но и показали, что их открытие может навсегда изменить конструкцию сверхтонких электронных технологий, включая компоненты, изготовленные из двумерных материалов, таких как графен , и квантовых технологий.

Ичао Чжан и его коллеги из Мэрилендского университета в США фактически разработали новый метод электронной микроскопии, который позволил им напрямую визуализировать физическое явление, влияющее на сверхпроводимость и теплопроводность в двумерных материалах.

Это явление представлено структурами, называемыми «муаровыми фазонами» – квазичастицами, которые ранее никогда не наблюдались напрямую. В отличие от фононов , представляющих собой колебания атомной решетки, ответственные за теплопроводность, фазон – это «скольжение», или смещение узора как целого. Муар же – это геометрическая структура, возникающая при наложении двух узоров друг на друга, например, двух перекрывающихся листов графена, слегка смещенных относительно друг друга.

Муаровые узоры уже широко исследовались не только в графене, но и во всех двумерных материалах, где так называемые магические углы приводят к появлению совершенно новых свойств, которые можно использовать для создания электронных и квантовых компонентов следующего поколения.

Наблюдение фазонов должно оказать непосредственное влияние на исследования сверхпроводимости и всех форм теплопроводности .

В ходе эксперимента были измерены тепловые колебания в отдельном атоме. [Изображение: Ичао Чжан и др. - 10.1126/science.adw7751]

Электронная птихография

Группа ученых достигла своего прорыва, используя технологию под названием «электронная птихография » — метод микроскопии, при котором компьютер объединяет множество отдельных изображений для создания единого изображения с высоким разрешением.

Новый микроскоп достиг самого высокого разрешения в истории, превышающего 15 пикометров (1 пикометр = ^10-12 метра), что позволило обнаружить тепловые колебания отдельных атомов — колебания, вызывающие размытие атомов на изображениях. Эти изображения показали, что пространственно локализованные муаровые фазоны доминируют над тепловыми колебаниями двумерных материалов, вращающихся относительно друг друга, что оказалось неожиданным.

«Это похоже на расшифровку скрытого языка атомного движения», — сказал профессор Чжан. «Электронная птихография позволяет нам напрямую наблюдать эти тонкие вибрации. Теперь у нас есть новый мощный метод исследования ранее скрытых физических явлений, который ускорит открытия в области двумерных квантовых материалов».

Управление поведением тепловых колебаний в этих материалах может позволить разрабатывать новые устройства с заданными тепловыми, электронными и оптическими свойствами, открывая путь к достижениям в области квантовых вычислений , энергоэффективной электроники и нанодатчиков.

Другие новости о:

Больше тем