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明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種首創(chuàng)的突破性方法，可以更容易地用“頑固”金屬制造高質(zhì)量的金屬氧化物薄膜，這些金屬在歷史上很難合成原子精確的方式。這項(xiàng)研究為科學(xué)家們?yōu)榘孔佑?jì)算、微電子、傳感器和能源催化在內(nèi)的各種下一代應(yīng)用開發(fā)更好的材料鋪平了道路。

研究人員的論文發(fā)表在自然出版集團(tuán)運(yùn)營的同行評審科學(xué)期刊《自然納米技術(shù)》上。

“這是一個(gè)真正了不起的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗沂玖艘环N無與倫比的簡單方法，可以利用外延應(yīng)變的力量在原子尺度上導(dǎo)航材料合成，”該論文的資深作者、大學(xué)教授兼殼牌 Bharat Jalan 說。明尼蘇達(dá)化學(xué)工程與材料科學(xué)系?！斑@一突破代表了一項(xiàng)重大進(jìn)步，在廣泛領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)影響。它不僅提供了一種實(shí)現(xiàn)量子材料原子級精確合成的方法，而且還具有在各種應(yīng)用中控制氧化還原途徑的巨大潛力，包括電池或燃料電池中發(fā)生的催化和化學(xué)反應(yīng)?！?/p>

【資料圖】

“頑固”金屬氧化物，例如基于釕或銥的氧化物，在量子信息科學(xué)和電子學(xué)的眾多應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，由于使用高真空工藝氧化金屬存在固有困難，將它們轉(zhuǎn)化為薄膜對研究人員來說一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

幾十年來，這些材料的制造一直困擾著材料科學(xué)家。雖然一些研究人員已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了氧化，但迄今為止使用的方法成本高昂、不安全，或者導(dǎo)致材料質(zhì)量差。

明尼蘇達(dá)大學(xué)研究人員的解決方案?給它一個(gè)舒展。

在嘗試使用傳統(tǒng)的分子束外延合成金屬氧化物時(shí)，研究人員偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)突破性的發(fā)現(xiàn)，這是一種在超高真空室中產(chǎn)生單層材料的低能量技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，結(jié)合一種稱為“外延應(yīng)變”的概念——在原子水平上有效地拉伸金屬——可以顯著簡化這些頑固金屬的氧化過程。

“這使得在超高真空環(huán)境中從頑固金屬中產(chǎn)生技術(shù)上重要的金屬氧化物成為可能，這一直是一個(gè)長期存在的問題，”該論文的第一作者、明尼蘇達(dá)大學(xué)化學(xué)工程博士 Sreejith Nair 說。學(xué)生?！澳壳暗暮铣煞椒ㄓ芯窒扌裕覀冃枰业叫碌姆椒▉磉M(jìn)一步突破這些限制，以便我們能夠制造出質(zhì)量更好的材料。我們在原子尺度上拉伸材料的新方法是提高當(dāng)前技術(shù)性能的一種方法。”

盡管明尼蘇達(dá)大學(xué)團(tuán)隊(duì)在本文中以銥和釕為例，但他們的方法有可能生成任何難以氧化的金屬的原子級精確氧化物。憑借這一突破性發(fā)現(xiàn)，研究人員旨在幫助全世界的科學(xué)家合成這些新型材料。

研究人員與奧本大學(xué)、特拉華大學(xué)、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室以及明尼蘇達(dá)大學(xué)化學(xué)工程與材料科學(xué)系教授 Andre Mkhoyan 的實(shí)驗(yàn)室密切合作，以驗(yàn)證他們的方法。

“當(dāng)我們使用非常強(qiáng)大的電子顯微鏡非常仔細(xì)地觀察這些金屬氧化物薄膜時(shí)，我們捕捉到了原子的排列并確定了它們的類型，”Mkhoyan 解釋道?！肮唬鼈兒芎玫刂芷谛耘帕?，就像它們應(yīng)該在這些結(jié)晶薄膜中一樣?！?/p>

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