Die Elektronenkamera zeichnete die Bewegung von Atomen in Echtzeit auf
Physiker des SLAC National Accelerator Laboratory der Stanford University führten ein einzigartiges Experiment durch. Es gelang ihnen, die Bewegung einzelner Atome in der Monoschicht aus Molybdändisulfid MoS 2 mit einer Dicke von drei Atomen nachzuweisen . Für die Aufnahme wurde die sogenannte „Elektronenkamera“ verwendet, bei der der Effekt der ultraschnellen Elektronenbeugung (UED) gemessen wird.Dies ist das erste Experiment mit einer UED-Kamera. Daher ist es etwas ungewöhnlich, Animationen mit der Bewegung von Atomen in Billionen Sekunden zu sehen.Die Untersuchung von Monoschichten ist besonders interessant, da es sich um ein sehr ungewöhnliches Material handelt. Filme mit einer einzelnen Moleküldicke weisen häufig unerwartete physikalische Eigenschaften auf. Zum Beispiel extreme mechanische Festigkeit oder Supraleitung. Das gleiche Molybdändisulfid wird häufig als banales Schmiermittel (Schmiermittel) verwendet, zeigt jedoch interessante Eigenschaften, wenn es zu einer Monoschicht gestreckt wird. In seiner üblichen Form ist das Fett ein Isolator, aber die Monoschicht MoS 2 leitet einen ausgezeichneten Strom.Die Abbildung zeigt das berechnete Modell der MoS 2 -Monoschicht , mit dem im SLAC National Accelerator Laboratory experimentiert wurde: seine ideale Struktur (a), Struktur bei 27 ° C (b) und Struktur bei 620 ° C ©.
Unten sehen Sie eine Visualisierung realer Daten, die durch Belichtung mit ultrakurzen Laserpulsen auf einer Monoschicht erhalten wurden.
Innerhalb einer Billionstelsekunde erzeugt der Puls „Dellen“ mit einer Tiefe von mehr als 15% der Materialdicke.Wie die Kamera funktioniert
Das Prinzip der Elektronenbeugung basiert auf der Tatsache, dass die Wellenlänge eines Elektrons von seiner Energie abhängt. Der Impuls (Bewegungsrichtung) ändert sich, wenn ein Elektron ein anderes Material passiert. In unserem Fall durch die Monoschicht von MoS 2 .Daher verwenden wir einen ultrakurzen Impuls energiereicher Elektronen (die blaue Welle in der Abbildung), um den Zustand der Atome der Monoschicht (blaue und gelbe Kugeln) nach dem Senden des anregenden Laserpulses (rote Welle) zu "scannen".
Der Detektor bestimmt den Zustand der Elektronen, die vom "Beugungsgitter" der Monoschicht empfangen werden. Nach diesen Daten können Sie ein Bild mit der Anordnung der Atome machen. Mit dem Gerät können Sie die Bewegung von Atomen in Echtzeit verfolgen.Experten zufolge bietet die neue Methode zum Filmen von Atomen in einem Material zusammen mit verwandten Informationen eines Linearbeschleunigers (Linac Coherent Light Source, LCLS) "beispiellose Möglichkeiten für ultrapräzise Forschung in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, von Materialwissenschaften über Chemie bis hin zur Biotechnologie".Dies ist auch ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von Bauelementen aus Materialien mit einer Dicke von einem Molekül. Sie können in der Elektronik, Chemie (als Katalysatoren) und Energie eingesetzt werden (Monoschichten wandeln Lichtenergie sehr effizient um). Im Allgemeinen legt die starke Lichtempfindlichkeit von Monoschichten die Idee nahe, ihre physikalischen Eigenschaften mithilfe von Lichtimpulsen zu steuern. Dazu müssen Sie jedoch zunächst die Art der strukturellen Transformationen, die in Monoschichten auftreten, genau verstehen.Nachdem die Eigenschaften von Monoschichten aus verschiedenen Materialien sorgfältig untersucht wurden, werden die Wissenschaftler beginnen, sie zu mischen und Verbundwerkstoffe mit völlig neuen optischen, mechanischen, elektronischen und chemischen Eigenschaften herzustellen.Eine wissenschaftliche Arbeit das Experiment beschreibt wurde veröffentlicht in der Zeitschrift Nano Letters am 31. August 2015 (EM Mannebach et al, Nano Letters, 31. August 2015. DOI:. 10.1021 / acs.nanolett.5b02805).Source: https://habr.com/ru/post/de384059/
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