电子照相机实时记录原子的运动

斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的物理学家进行了独特的实验。他们设法检测出三原子厚的二硫化钼MoS ₂单层中单个原子的运动。为了拍摄，使用了所谓的“电子照相机”，其中测量了超快电子衍射（UED）的效果。 这是使用UED相机的第一个实验。因此，以万亿分之一秒的原子运动观看动画有点不寻常。



单层的研究特别有趣，因为它是一种非常不寻常的材料。单分子厚度的膜通常表现出意想不到的物理性质。例如，极高的机械强度或超导性。相同的二硫化钼被广泛用作普通润滑剂（润滑剂），但如果将其拉伸成单层，它会显示出令人感兴趣的性能。在通常的形式下，润滑脂是绝缘体，但单层MoS ₂传导出色的电流。

该图显示了MoS ₂单层的计算模型，该模型已在SLAC国家加速器实验室进行了实验：其理想结构（a），27ºC（b）和620ºC©的结构。



下面是通过暴露于单层超短激光脉冲获得的真实数据的可视化。



在一万亿分之一秒内，脉冲会产生深度超过材料厚度15％的“凹痕”。

相机如何运作

电子衍射的原理基于电子的波长取决于其能量的事实。当电子通过另一种材料时，动量（运动方向）发生变化。在我们的情况下，通过MoS ₂单层。

因此，在发送激发激光脉冲（红波）后，我们使用高能电子的超短脉冲（图中的蓝色波）来“扫描”单层原子（蓝色和黄色球）的状态。



检测器确定从单层“衍射光栅”接收的电子的状态。根据这些数据，您可以按原子排列制作一张图片。该设备使您可以实时跟踪原子的运动。

专家认为，这种在材料中成膜原子的新方法，加上线性加速器（利纳克相干光源，LCLS）的相关信息，“为从材料科学到化学和生物技术的各种科学领域的超精密研究创造了前所未有的机会。”

这也是从厚度为一个分子的材料设计设备的重要一步。它们可以用于电子，化学（作为催化剂），能源（单层非常有效地转换光能）。总的来说，单分子层对光的强烈敏感性表明了使用光脉冲控制其物理性质的想法。但是为此，您首先需要准确了解单层中发生的结构转换的性质。

在仔细研究了来自不同材料的单分子层的特性之后，科学家将开始混合它们，以合成具有全新光学，机械，电子和化学特性的复合材料。



描述该实验的科学论文发表在2015年8月31日的《纳米快报》上（EM Mannebach等人，纳米快报，2015年8月31日。DOI：10.1021 / acs.nanolett.5b02805）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN384059/