Впервые визуализированы тепловые колебания отдельных атомов в квантовых материалах
Ученые впервые сумели запечатлеть тепловые колебания отдельных атомов в скрученном бислое селенида вольфрама (IV) WSe2. Опубликованное в журнале Science исследование выявило новый тип движения, который может изменить подход к проектированию квантовых технологий и ультратонкой электроники.
Двумерные материалы — одно из самых перспективных направлений современного материаловедения. Предполагается, что эти слоистые структуры толщиной в несколько нанометров станут основой квантовых и электронных устройств будущего. На атомном уровне их свойства — тепловые, электрические, структурные — определяются так называемыми мозаичными фазонами. Это особый вид сверхнизкочастотных колебаний, которые до сих пор не получалось обнаружить экспериментально.
В Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне сумели буквально увидеть вибрации атомов WSe2, применив сравнительно новый метод электронной птихографии. Наблюдения показали, что пространственно локализованные мозаичные фазоны определяют тепловые колебания скрученных двумерных материалов, что полностью меняет представления ученых об их влиянии.
Эта новаторская работа не только подтвердила давние теоретические предсказания о мозаичных фазонах, но и впервые продемонстрировала, что электронная птихография может точно картировать тепловые колебания в субангстремных масшатабах — с разрешением лучше 15 пм.
«Это как расшифровать скрытый язык атомного движения. Электронная птихография позволяет нам напрямую наблюдать эти тонкие колебания. Теперь у нас есть мощный инструмент для изучения ранее недоступной физики, что ускорит открытия в области двумерных квантовых материалов», — пояснила доцент Ичао Чжан из Мэрилендского университета.
Теперь ее команда сосредоточится на изучении влияния дефектов и границ раздела в квантовых и электронных материалах на тепловые колебания. Управление этим поведением поможет в разработке устройств с заданными тепловыми, электронными и оптическими свойствами, что обещает прорыв в квантовых вычислениях, энергосберегающей электронике и наносенсорах.
