Новый метод электронной микроскопии предоставляет возможность наблюдать колебания атомов и разрабатывать новые материалы. Рассмотрим, как он функционирует.
Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне совместно с иностранными коллегами разработали новый подход к электронной микроскопии. Он дает возможность визуализировать колебания, именуемые фононами, в определенных направлениях на уровне отдельных атомов, сообщает Phys.org.
В большинстве кристаллических веществ атомы колеблются неравномерно в зависимости от направления. Это явление, известное как вибрационная анизотропия, значительно влияет на диэлектрические, теплопроводные и сверхпроводящие свойства материала. Понимание природы этой особенности открывает возможности для разработки новых материалов, востребованных в области электроники, полупроводников, оптики и квантовых технологий.
Исследователи использовали свою технологию электронной микроскопии EELS для изучения свойств титанатов стронция и бария — перовскитоподобных оксидов, обладающих различными термоэлектрическими, оптическими, пьезоэлектрическими и сегнетоэлектрическими характеристиками. Анализируя атомные колебания по слоям в заданных направлениях, специалисты выявили специфическое поведение акустических и оптических фононов в каждом материале.
«Нестандартные анизотропные колебания приводят к результатам, которые кардинально отличаются от данных, полученных при измерениях полнокристаллических образцов, интегрально усредненных по всему спектру энергий», — отмечает соавтор исследования, профессор инженерии и материаловедения Калифорнийского университета в Ирвайне Сяоцин Пань.
Коллективные атомные колебания внутри кристалла подвержены изменениям на атомном уровне, зависящим от типа атома и его расположения, что противоречит классической теории равномерного распределения волновой функции фононов. По словам профессора, новая методика предоставляет возможность тщательного анализа вибрационной анизотропии с необычным уровнем точности как в пространстве, так и в энергетическом диапазоне.
Таким образом, предложенная специалистами технология формирует основу для дальнейшего изучения основных явлений, связанных с колебательными свойствами атомов. К ним относятся сегнетоэлектрический фазовый переход, природа сегнетоэлектричества и вклад кислорода в образование электрон-фононных взаимодействий в высокотемпературных сверхпроводящих соединениях.
Фото: hi-tech.mail.ru