НОВОСТИ: IT-технологии | Наука | Образование

Революционная технология раскрывает секреты квантовых материалов на атомном уровне

2024-10-11 17:19 Наука Техно-тренды Научные исследования
Новая технология RODAS Национальной лаборатории Ок-Ридж обеспечивает детальное понимание атомных изменений в материалах, что имеет решающее значение для развития квантовых вычислений.
Способность метода анализировать такие материалы, как дисульфид молибдена, не повреждая их, является значительным усовершенствованием по сравнению с традиционными методами и открывает потенциальные возможности для прорыва в материаловедении.

Группа исследователей под руководством Национальной лаборатории Оук-Ридж Министерства энергетики разработала новый метод наблюдения за изменениями в материалах на атомном уровне. Этот метод открывает новые возможности для углубления нашего понимания и разработки материалов, критически важных для квантовых вычислений и электроники.

Прорыв в квантовом анализе материалов

Названная Rapid Object Detection and Action System (RODAS), эта технология объединяет визуализацию, спектроскопию и микроскопию для захвата свойств мимолетных атомных структур по мере их формирования. Это обеспечивает непревзойденное понимание эволюции свойств материалов в мельчайших масштабах.

Традиционные подходы, объединяющие сканирующую просвечивающую электронную микроскопию (STEM) со спектроскопией потери энергии электронов (EELS), были ограничены, поскольку электронный луч может изменять или ухудшать анализируемые материалы. Эта динамика часто заставляет ученых измерять измененные состояния, а не предполагаемые свойства материалов. RODAS преодолевает ограничение и также интегрирует систему с динамической визуализацией с поддержкой компьютерного зрения, которая использует машинное обучение в реальном времени.

Экспресс-контроль и неразрушающий контроль

При анализе образца RODAS фокусируется только на интересующих областях. Такой подход обеспечивает быстрый анализ — за секунды или миллисекунды — по сравнению с несколькими минутами, которые могут потребоваться для других методов STEM-EELS. Важно, что RODAS извлекает важную информацию, не разрушая образец.

Все материалы имеют дефекты, и эти дефекты могут напрямую влиять практически на любые свойства материала — будь то электронные, механические или квантовые, например. Дефекты могут располагаться различными способами на атомном уровне, как внутренне, так и в ответ на внешние стимулы, такие как облучение электронным пучком. К сожалению, локальные свойства этих различных конфигураций дефектов недостаточно изучены. Хотя методы STEM позволяют экспериментально измерять такие конфигурации, исследование конкретных конфигураций без их изменения является чрезвычайно сложной задачей.
«Понимание конфигураций дефектов имеет решающее значение для разработки материалов следующего поколения», — сказал ведущий автор исследования Кевин Роккаприоре из Центра нанофазных материаловедения ORNL. «Если бы мы были наделены этими знаниями, мы могли бы намеренно создавать определенную конфигурацию для получения определенного свойства. Такая работа полностью отделена от деятельности по наблюдению и анализу, но представляет собой одно из потенциально влиятельных направлений для будущего».

Раскрытие потенциала квантовых материалов

Исследовательская группа продемонстрировала свою методику на однослойном дисульфиде молибдена , перспективном полупроводниковом материале для квантовых вычислений и оптических приложений. Дисульфид молибдена особенно интересен, поскольку он может испускать одиночные фотоны из дефектов, известных как одиночные вакансии серы. В этом материале одиночная вакансия серы относится к отсутствию одного атома серы в его сотовой решетчатой ​​структуре, которая является расположением атомов. Эти вакансии могут объединяться, создавая уникальные электронные свойства, которые делают дисульфид молибдена ценным для передовых технологических приложений.

Изучая дисульфид молибдена и подобные однослойные материалы, ученые надеются ответить на важные вопросы об оптических или электронных свойствах на атомном уровне.

Новые рубежи в материаловедении

Метод RODAS представляет собой значительный шаг вперед в характеристике материалов. Он позволяет исследователям динамически исследовать взаимосвязи структуры и свойств во время анализа, нацеливаться на определенные атомы или дефекты для измерения по мере их формирования, эффективно собирать данные о различных типах дефектов, адаптироваться для идентификации новых атомных или дефектных классов в режиме реального времени и минимизировать повреждение образца, сохраняя при этом подробный анализ.

Применив эту технологию к одному слою дисульфида молибдена, легированного ванадием, исследовательская группа получила новое понимание образования и развития дефектов под воздействием электронного пучка. Этот подход позволяет исследовать и характеризовать материалы в динамических состояниях, предлагая более глубокие знания о том, как материалы ведут себя под действием различных воздействий.
«Технологии материаловедения, такие как передовая электронная микроскопия, продолжают расширять наше понимание физического мира, а такие системы, как RODAS, могут сыграть решающую роль в ускорении открытий и инноваций», — сказал Роккаприоре. «Возможность наблюдать и анализировать материалы на атомном уровне в режиме реального времени демонстрирует потенциал для расширения границ в вычислительной технике, электронике и за ее пределами, и в конечном итоге позволяет разрабатывать преобразующие технологии».
Источник: scitechdaily | Теги: квантовые материалы, атомы