Исследователи из Иллинойского университета Урбана-Шампейн сделали революционный шаг к пониманию и контролю поведения двумерных материалов, критически важных компонентов для будущей электроники. Их работа, опубликованная в журнале Science Advances, описывает метод визуализации структурных изменений в этих материалах от атома к атому.
Электроника на основе кремния близка к пределу своих возможностей, и ученые обращаются к двумерным материалам с уникальными свойствами, такими как сверхпроводимость и магнетизм, для создания следующего поколения устройств. Однако точное управление этими свойствами оказалось сложным.
Команда из Иллинойса использовала просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) для наблюдения за перестройкой 2D-материалов на атомном уровне. В центре их внимания были бислои, в которых два сверхтонких слоя сложены вместе. Угол закручивания между этими слоями существенно влияет на свойства материала.
Традиционно ученые считали, что для выравнивания бислоя необходимо вращать весь верхний слой. Однако исследование выявило новый механизм. Крошечная «затравочная» область в одном слое сначала выравнивается с соседним слоем, а затем этот выровненный домен растет, в итоге захватывая весь бислой.
Захват этого атомного движения потребовал уникального подхода. Исследователи заключили бислой в графен, создав защитную камеру для получения ПЭМ-изображений высокого разрешения во время нагрева. Это не позволило высокоэнергетическому электронному лучу разрушить тонкую атомную структуру.
Затем бислой нагревали быстрыми импульсами, имитируя реальные процессы изготовления устройств. Анализируя положение атомов после каждого импульса, команда смогла проследить весь процесс трансформации.
Это исследование открывает путь к созданию 2D-электроники нового поколения с точно контролируемыми свойствами, что делает нас на шаг ближе к будущему за пределами кремния.