Американским инженерам из Университета Миннесоты удалось разработать метод активной настройки металлов на атомном уровне. Проведя незначительные структурные изменения в местах спайки материалов, исследователи открыли совершенно новые электронные свойства, а металлы перестали считаться электронно-жёсткими материалами. Разработка позволит выйти на совершенно новый уровень развития микроэлектроники.
До текущего момента металлы воспринимались, как вполне себе готовый, жёсткий материал, свойства которого особо не поменяешь. Недавнее исследование, проведённое учёными из Университета Миннесоты, изменило это представление. Оказалось, что металлы можно настраивать почти на атомном уровне, и даже крошечные изменения способны наделить их совершенно новыми электронными свойствами.
Главную часть своего исследования специалисты посвятили изучению поведения атомов в местах соприкосновения различных материалов. Именно в таких местах учёным удалось повлиять на поведение атомов, что повлекло за собой управляемое изменение свойств материалов.
В перспективе открытие американских инженеров повлияет на создание полупроводников, микросхем и целых квантовых систем.
Атомы на стыке материалов.
Обратив внимание на зону стыка (спайки) материалов, исследователи принялись за изучение перехода одной атомной структуры в другую. Оказалось, что прямо на этом стыке даже в металлах можно создать так называемый поляризационный эффект. Проще говоря, появляется возможность влиять на движение электронов по поверхности.
Исследования проводились на очень тонкой плёнке. Меняя толщину плёнки буквально на несколько нанометров, исследователи смогли управлять важным параметром — работой выхода электронов из металлического диоксида рутения. Изменение превысило 1 электронвольт, что является весьма значимым результатом для электронных систем. Такой уровень контроля позволяет менять свойства материала, не вмешиваясь в его химический состав.
Профессор и заведующий кафедрой химической инженерии и материаловедения в Университете Миннесоты Бхарат Джалан отметил, что аккуратная работа с границей стыка двух материалов позволила использовать поляризацию и для металлических систем. Фактически, они использовали поляризацию, как ручку для настройки электронных свойств металла.
Раньше учёные считали металлы электронно-жёсткими, а теперь выясняется, что те могут динамически реагировать на изменения, происходящие на атомном уровне.
Толщина имеет значение.
Главный секрет успеха — точный контроль толщины. Самый сильный эффект проявился, когда толщина металлического слоя составила около четырёх нанометров. Это примерно ширина цепочки ДНК.
Именно при таком масштабе материал из напряжённого состояния переходит в расслабленное. В свою очередь, появляется возможность внесения структурных изменений, которые напрямую влияют на поведение электронов на поверхности.
На старте исследования учёные ожидали незначительных эффектов на границе раздела фаз, но не такого большого и контролируемого изменения свойств. Возможность визуализировать полярные смещения на атомном уровне и напрямую связать их с электронными измерениями открывает возможность создания новых материалов с управляемыми извне свойствами.
Для чего всё это надо?
Ответ довольно прост: для развития новых технологий. Открытие повлияет на производство полупроводников, системы чистой энергетики и квантовые вычисления. Все эти сферы объединяет одно: точное управление движением электронов.
В настоящий момент для достижения нужного эффекта либо изменяется химический состав, либо используются сложные и дорогие методы изготовления. Новый подход предлагает более простой и удобный, и, скорее всего, более дешёвый путь. Теперь инженеры могут настраивать свойства материала, изменяя его структуру, а не состав.
Может быть интересно:
Благодарю Вас за прочтение и потраченное время.
Помочь умственному развитию автора можно здесь.
На что собираются деньги написано здесь.
Чтобы не пропустить новые интересные публикации рекомендую Вам подписаться на телеграм-канал, указанный в профиле Дзен-канала.