Kamera elektron merekam pergerakan atom secara real time

Fisikawan dari SLAC National Accelerator Laboratory di Stanford University melakukan eksperimen unik. Mereka berhasil mendeteksi pergerakan atom individu dalam monolayer molibdenum disulfida MoS ₂ dengan ketebalan tiga atom . Untuk pemotretan, apa yang disebut "kamera elektron" digunakan, di mana efek difraksi elektron ultra cepat (UED) diukur.

Ini adalah eksperimen pertama menggunakan kamera UED. Karena itu, menonton animasi dengan gerakan atom dalam triliunan detik sedikit tidak biasa.

Studi tentang lapisan warna sangat menarik karena merupakan bahan yang sangat tidak biasa. Film dengan ketebalan molekul tunggal sering menunjukkan sifat fisik yang tidak terduga. Misalnya, kekuatan mekanik ekstrem atau superkonduktivitas. Molibdenum disulfida yang sama banyak digunakan sebagai pelumas dangkal (pelumas), tetapi menunjukkan sifat yang menarik jika diregangkan menjadi satu lapisan tunggal. Dalam bentuknya yang biasa, grease adalah isolator, tetapi monolayer MoS ₂ menghasilkan arus yang sangat baik.

Ilustrasi menunjukkan model terhitung dari monoayer MoS ₂ , yang diuji coba di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC: struktur ideal (a), struktur pada 27ºC (b), dan struktur pada 620ºC ©.



Di bawah ini adalah visualisasi data nyata yang diperoleh dengan paparan pulsa laser ultrashort pada monolayer.



Dalam sepersejuta detik, pulsa menciptakan "penyok" dengan kedalaman lebih dari 15% dari ketebalan material.

Bagaimana kameranya bekerja

Prinsip difraksi elektron didasarkan pada fakta bahwa panjang gelombang elektron bergantung pada energinya. Momentum (arah gerak) berubah ketika sebuah elektron melewati materi lain. Dalam kasus kami, melalui monolayer MoS ₂ .

Dengan demikian, kami menggunakan pulsa ultrashort dari elektron berenergi tinggi (gelombang biru dalam ilustrasi) untuk "memindai" keadaan atom-atom monolayer (bola biru dan kuning), setelah mengirim pulsa laser yang menarik (gelombang merah).



Detektor menentukan keadaan elektron yang diterima dari "kisi difraksi" dari monolayer. Menurut data ini, Anda bisa membuat gambar dengan susunan atom. Peralatan ini memungkinkan Anda melacak pergerakan atom secara real time.

Menurut para ahli, metode baru pembuatan film atom dalam suatu bahan, bersama dengan informasi terkait dari akselerator linier (Linac Coherent Light Source, LCLS), "menciptakan peluang yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk penelitian ultra-presisi dalam berbagai disiplin ilmu, dari ilmu material hingga kimia dan bioteknologi."

Ini juga merupakan langkah penting menuju desain perangkat dari bahan dengan ketebalan satu molekul. Mereka dapat digunakan dalam elektronik, kimia (sebagai katalis), energi (lapisan tunggal sangat efisien mengubah energi cahaya). Secara umum, sensitivitas yang kuat dari lapisan tunggal terhadap cahaya menunjukkan ide untuk mengontrol sifat fisik mereka menggunakan pulsa cahaya. Namun untuk ini, Anda harus terlebih dahulu memahami secara akurat sifat transformasi struktural yang terjadi pada lapisan tunggal.

Setelah mempelajari dengan hati-hati sifat-sifat lapisan tunggal dari bahan yang berbeda, para ilmuwan akan mulai mencampurkannya, menyusun bahan komposit dengan sifat optik, mekanik, elektronik, dan kimia yang sepenuhnya baru.



Sebuah makalah ilmiah yang menggambarkan percobaan ini diterbitkan dalam jurnal Nano Letters pada 31 Agustus 2015 (EM Mannebach et al., Nano Letters, 31 Agustus 2015. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.5b02805).

Source: https://habr.com/ru/post/id384059/