Написано AZoNano [1945900]

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере использовали сверхбыстрые экстремальные ультрафиолетовые лазеры для измерения свойств материалов, более чем в 100 раз более тонких, чем эритроциты человека.

Команда, возглавляемая учеными из JILA, сообщила о своем новом достижении тонкости пластин на этой неделе в журнале Physical Review Materials . По словам соавтора исследования Джошуа Кноблоха, цель этой группы – пленка толщиной всего 5 нанометров – является самым тонким материалом, который исследователи когда-либо были в состоянии полностью исследовать.

« Это рекордное исследование, чтобы увидеть, насколько маленькими мы можем быть и насколько точными мы можем быть », – сказал Кноблох, аспирант в JILA, партнерстве между CU Boulder и Национальным институтом. стандартов и технологий (NIST).

Он добавил, что когда вещи становятся маленькими, нормальные правила разработки не всегда применяются. Например, группа обнаружила, что некоторые материалы кажутся намного мягче, чем тоньше они становятся.

Исследователи надеются, что их результаты могут однажды помочь ученым лучше ориентироваться в зачастую непредсказуемом наномире, создавая более тонкие и эффективные компьютерные схемы, полупроводники и другие технологии.

«Я если вы занимаетесь наноинженерией, вы не можете просто относиться к своему материалу, как к обычному большому материалу », – сказал Трэвис Фрэзер, ведущий автор новой статьи и бывший аспирант в JILA. « Из-за простого факта, что он маленький, он ведет себя как другой материал .»

« Это удивительное открытие – очень тонкие материалы могут быть в 10 раз более хрупкими, чем ожидалось, – является еще одним примером того, как новые инструменты могут помочь нам лучше понять наномир », – сказала Маргарет Марнэйн соавтор нового исследования, профессор физики в CU Boulder и сотрудник JILA.

Нано покачивается

Исследование проводится в то время, когда многие технологические фирмы пытаются сделать именно это: стать маленьким. Некоторые компании экспериментируют со способами создания эффективных компьютерных чипов, которые накладывают тонкие пленки материала друг на друга – как тесто для фило, но внутри вашего ноутбука.

Проблема с этим подходом, по словам Фрейзера, заключается в том, что ученым трудно предсказать, как эти пласты будут вести себя. Они слишком деликатны, чтобы измерить их каким-либо осмысленным образом обычными инструментами.

Чтобы помочь в достижении этой цели, он и его коллеги развернули ультрафиолетовые лазеры или лучи излучения, которые обеспечивают более короткие волны, чем традиционные лазеры – длины волн, которые хорошо согласованы с наномиром. Исследователи разработали установку, которая позволяет им отражать эти лучи от слоев материала толщиной всего в несколько нитей ДНК, отслеживая различные способы вибрации этих пленок.

Если вы можете измерить, как быстро качается ваш материал, тогда вы можете выяснить, насколько он жесток ».

Трэвис Фрейзер, ведущий автор

Атомное разрушение

Метод также показал, насколько сильно могут изменяться свойства материалов, когда вы делаете их очень, очень маленькими.

В последнем исследовании, например, исследователи исследовали относительную прочность двух пленок, изготовленных из карбида кремния: одна толщиной около 46 нанометров, а другая толщиной всего 5 нанометров. Ультрафиолетовый лазер команды дал удивительные результаты. Более тонкая пленка была примерно в 10 раз мягче или менее жесткой, чем ее более толстый аналог, чего исследователи не ожидали.

Фрэзер объяснил, что, если вы сделаете пленку слишком тонкой, вы можете разрезать атомные связи, которые удерживают материал вместе – немного похоже на распутывание потертой веревки.

« Атомы в верхней части пленки имеют под ними другие атомы, которые они могут удерживать », – сказал Фрейзер. « Но над ними у атомов нет ничего, за что они могли бы ухватиться .»

Но не все материалы будут вести себя одинаково, добавил он. Команда также повторно выполнила тот же эксперимент на втором материале, который был почти идентичен первому с одним большим отличием – в этом было добавлено намного больше атомов водорода. Такой процесс «легирования» может естественным образом разрушить атомные связи в материале. , в результате чего он теряет силу.

Когда группа проверила этот второй, более слабый материал, используя свои лазеры, они обнаружили что-то новое: этот материал был таким же прочным, когда его толщина составляла 44 нанометра, как и при скудных 11 нанометрах.

Другими словами, дополнительные атомы водорода уже ослабили материал – небольшая дополнительная усадка больше не могла нанести ущерб.

В конце концов, команда говорит, что ее новый ультрафиолетовый лазерный инструмент дает ученым окно в царство, которое ранее было недоступно науке.

« Теперь, когда люди строят очень, очень маленькие устройства, они спрашивают, как свойства, такие как толщина или форма, могут изменить поведение их материалов, », – сказал Кноблох. « Это дает нам новый способ доступа к информации о наноразмерной технологии .»

Источник: https://www.colorado.edu/