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“原子舞蹈”揭示了新的见解二维材料的性能

该发现可能有助于带来更稳定和可靠的可穿戴设备和柔性电子器件



一个团队西北工程材料科学的研究人员已经开发出可查看原子薄的二维材料的原子的动态运动的新方法。成像技术,揭示背后广泛使用的二维材料的性能故障的根本原因,可以帮助研究人员开发更稳定,为未来的可穿戴设备和柔性电子器件可靠的材料。

这些2D材料 - 诸如石墨烯和borophene - 是一类单层,具有广泛的潜在如先进的超薄,柔性电子半导体结晶材料。但由于其薄的特性,所述材料对于外部环境高度敏感,并一直在努力在电子器件中使用时表现出长期的稳定性和可靠性。

维纳亚克德拉维德“原子薄的二维材料提供的潜力,大大缩小电子设备,使他们成为有吸引力的选择,以功在千秋耐磨,柔性电子”之称 维纳亚克德拉维德亚伯拉罕·哈里斯在工程的麦考密克大学材料科学与工程教授。

研究,题为“在单层过渡金属二硫属化物诱导的结构动力学电场的直接可视化”,是 发表 在该杂志2月11日 ACS纳米。德拉维德是纸张上的通讯作者。 克里斯沃尔弗顿中,杰罗姆湾材料科学与工程,科恩教授也促成了研究。

“不幸的是,电子设备现在操作为一种‘黑盒子’。虽然设备度量可以测量的,所述材料内的单原子的负责这些性质的运动是未知的,这大大限制了努力,以提高性能,”加入德拉维德,谁担任美国十大网赌网站网址原子和纳米尺度表征(细微差别)中心主任。研究允许一种过去那种限制二维材料接收电压中移动与结构动力学的新认识在作怪。

建立在先前的研究中,研究人员使用纳米级的成像技术在由热引起的2D材料观察失败,小组使用高分辨率,称为原子尺度的成像方法的电子显微镜来观察在二硫化钼的原子的移动(二硫化钼),充分研究的材料最初在润滑脂中用作和摩擦材料最近获得其电子和光学性质感兴趣的干润滑剂。当研究人员施加电流到材料,他们观察到它的高度移动的硫原子连续地移动到空区域中的结晶材料,它们被称为一个现象,“原子舞蹈”。

An image of void coalescence. On left, a low-magnification TEM of MoS2 grain boundary region prior to biasing. On right, the same region after an electrical bias is applied. As is apparent, neighboring voids (blue) appear to coalesce to form porous chains.该运动,反过来,引起了二硫化钼的晶粒边界 - 在所述空间,其中材料meet-内的两个晶体以分离产生的天然缺陷,形成用于通过电流行进窄信道。

“因为这些晶界分开,你留下了一对夫妇只渠道狭窄,造成通过这些渠道来增加电流密度,”阿克沙伊穆尔蒂,在德拉威小组的博士生和研究的主要作者。 “这导致更高的功率密度以及在这些区域中,最终导致失败的材料较高的温度”。

“它的强大,能够清楚地看到什么在这个规模,”穆尔蒂继续。 “采用传统工艺,我们可以电场应用到样本,请在材料的变化,但我们看不到是什么导致这些变化。如果你不知道的原因,这是难以消除的失效机理或阻止该行为向前发展。”

这种新方法在原子水平上研究二维材料,该团队认为,研究人员可以利用这种成像方法来合成是在电子设备故障少易感材料。在存储器设备中,例如,研究人员可以观察到其中信息被存储演变为电流区域如何被施加和适应这些材料是如何设计为更好的性能。

该技术还可以帮助提高在生物电子宿主其他技术,从晶体管到消费电子发光二极管(LED),以包含太阳能电池板的光伏电池。

“我们相信我们已经制定的方法来监视二维材料是如何在这些条件下的行为将帮助科研人员攻克相关设备稳定持续的挑战,”墨菲说。 “这种进步使我们更接近了一步从实验室到市场上移动这些技术。”