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先进的透射电子显微镜技术可以形成放大率高达1000万的图像

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-01-18  浏览次数:42
核心提示:在具有开创性的材料研究中,由明尼苏达大学教授K. Andre Mkhoyan领导的团队进行了一项研究,该研究融合了触摸屏和智能窗中最受欢
 在具有开创性的材料研究中,由明尼苏达大学教授K. Andre Mkhoyan领导的团队进行了一项研究,该研究融合了触摸屏和智能窗中最受欢迎的两项性质:透明度和导电性。


    研究人员是第一个观察钙钛矿晶体中金属线条的人。钙钛矿遍布地球中心,而锡酸钡(BaSnO3)就是这样的一种晶体。但是,由于金属等半导体等导电性更高的材料在地球上的普遍性,因此尚未对金属性能进行过广泛的研究。这项发现是使用先进的透射电子显微镜(TEM)进行的,该技术可以形成放大率高达1000万的图像。

    这项研究发表在《科学进步》上,该杂志是由美国科学进步协会(AAAS)出版的同行评审科学杂志。

    透射电镜专家Mkhoyan和Ray D. and Mary说:“这些金属线缺陷的导电性质和优先方向意味着我们可以制造像玻璃一样透明的材料,同时又可以像金属一样很好地定向导电。” T. Johnson / Mayon Plastics是明尼苏达大学科学与工程学院化学工程与材料科学系的主席。“这给了我们两个世界中最好的东西。我们可以使窗口或新型触摸屏透明且同时具有导电性。这非常令人兴奋。”

    缺陷或瑕疵在晶体中很常见-线缺陷(其中最常见的是位错)是一行偏离正常顺序的原子。由于位错与主体晶体具有相同的元素组成,因此由于对称性降低和应变,位错核心处电子带结构的变化通常仅与主体的变化略有不同。研究人员需要在位错的外部寻找金属线缺陷,其中缺陷的成分和产生的原子结构有很大的不同。


    “由于这些BaSnO3薄膜具有独特的原子构型,我们可以在高分辨率扫描透射电子显微镜图像中轻易地发现这些线缺陷,因为它们在平面图中仅能看到它们,”该系研究生Hwanhui Yun说,他是化学工程与材料科学学院学生和该研究的主要作者。

    在这项研究中,BaSnO3薄膜是在明尼苏达州双城大学的实验室中通过分子束外延(MBE)(一种制造高质量晶体的技术)生长的。在这些BaSnO3薄膜中观察到的金属线缺陷沿膜的生长方向传播,这意味着研究人员可以潜在地控制线缺陷的出现方式或位置,并可以根据需要在触摸屏,智能窗户和其他要求透明性组合的未来技术中对其进行工程设计和导电性。

    化学工程与材料学系副教授兼壳牌主席巴拉特·贾兰(Bharat Jalan)说:“我们必须有创造力,才能使用MBE来生长高质量的BaSnO3薄膜。当这些新的线缺陷在显微镜下被发现时,这真是令人兴奋。”科学负责人,负责通过MBE生产各种钙钛矿氧化物薄膜的实验室。

    钙钛矿晶体(ABX3)在晶胞中包含三个元素。这样就可以自由改变结构,例如组成和晶体对称性,并具有处理各种缺陷的能力。由于线缺陷核中原子的配位和键合角度不同,因此引入了新的电子态,并且电子能带结构以一种戏剧性的方式进行了局部修饰,从而将线缺陷变成了金属。

    化学工程与材料科学系助理教授,密度泛函理论(DFT)专家Turan Birol说:“理论和实验在这里如何达成共识真是令人着迷。” “我们可以通过第一原理DFT计算来验证对这种线缺陷的原子结构和电子性质的实验观察。”

    研究小组的成员包括明尼苏达大学博士。学生和博士后研究员Hwanhui Yun,Mehmet Topsakal(现为Brookhaven国家实验室的副科学家)和Abhinav Prakash(博士后研究员Argonne国家实验室);以及明尼苏达大学的教职员工K. Andre Mkhoyan,Bharat Jalan,Turan Birol和Jong Seok Jeong。

    这项研究得到了美国国家标准与技术研究所和美国国家科学基金会(NSF)通过明尼苏达大学材料研究科学与工程计划资助的半导体研究公司计划nCORE的七个中心之一SMART的部分支持。中心(MRSEC)。该小组还与明尼苏达大学特性鉴定机构合作。MBE的增长工作得到了NSF和空军科学研究所的部分支持。

 
 
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