Ученые из Университета Мэриленда совершили прорыв в области нанотехнологий, впервые получив изображения колебаний отдельных атомов. Это открытие, сделанное с помощью нового метода электронной микроскопии, кардинально меняет представления о поведении материалов, которые могут лечь в основу сверхтонкой электроники и квантовых компьютеров будущего.
Исследователь Ичао Чжан разработал передовую технику, позволившую сфотографировать так называемые «муаровые фазоны» — особый тип атомных вибраций в перспективных двумерных материалах, сообщает журнал Science. Двумерные материалы представляют собой тончайшие пленки толщиной в несколько атомов. При наложении двух таких слоев друг на друга с небольшим поворотом возникает уникальный «муаровый узор», подобный узору на шелковой ткани. Ранее ученые могли лишь теоретически предсказывать особое поведение атомов в этих структурах, но не имели возможности наблюдать его напрямую.
Команде Чжана удалось решить эту задачу с помощью метода «электронной птихографии», который позволил достичь рекордного разрешения — менее 15 пикометров. Такая детализация позволила увидеть размытие контуров отдельных атомов, вызванное их тепловым дрожанием. Исследование подтвердило, что тепловые вибрации в скрученных двумерных материалах не хаотичны, а сконцентрированы в определенных точках муаровых узоров, где и существуют предсказанные теорией фазоны.
По словам Ичао Чжана, это открытие подобно расшифровке скрытого языка атомного движения. Новый мощный метод открывает доступ к ранее недоступной физике и способен значительно ускорить прогресс в области двумерных квантовых материалов. В дальнейших планах команды — изучение влияния дефектов структуры и границ между материалами на атомные вибрации, а также разработка способов управления этими колебаниями для создания материалов с заранее заданными свойствами.
Понимание и возможность визуализировать атомные вибрации являются ключом к управлению фундаментальными свойствами материалов. Это может привести к созданию сверхэффективных систем теплоотвода для микрочипов, разработке высокотемпературных сверхпроводников и новых сверхчувствительных сенсоров. Однако, несмотря на фундаментальную значимость открытия, его переход к прикладным решениям может столкнуться с трудностями, связанными с высокой стоимостью и сложностью необходимого оборудования.