Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Biến một oxit giòn thành một màng linh hoạt và kéo căng nó trên một thiết bị nhỏ đã lật nó từ trạng thái dẫn sang trạng thái cách điện và thay đổi tính chất từ của nó. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để nghiên cứu và thiết kế một loạt các vật liệu để sử dụng trong những thứ như cảm biến và máy dò.
Một cách để thay đổi tính chất của vật liệu là kéo dài nó chỉ một chút do đó các nguyên tử của nó cách xa nhau hơn nhưng liên kết giữa chúng không bị phá vỡ. Khoảng cách thêm này ảnh hưởng đến hành vi của các điện tử, xác định xem vật liệu là chất cách điện hay chất dẫn điện chẳng hạn.
Nhưng đối với một loại vật liệu oxit phức tạp quan trọng, việc kéo dài không hoạt động tốt như vậy; chúng dễ vỡ như ly cà phê gốm và sẽ vỡ.
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC của Bộ Năng lượng và Đại học Stanford hiện đã tìm ra cách khắc phục vấn đề này đối với một loại oxit phức tạp được gọi là LCMO. Họ đã tạo ra một màng siêu mỏng, linh hoạt từ vật liệu thường giòn, sử dụng các bộ vi điều khiển để kéo căng nó trên một thiết bị nhỏ và dán nó tại chỗ để bảo vệ độ giãn.
Bằng cách áp dụng nhiệt nhẹ để làm chảy keo, họ có thể giải phóng và kéo căng cùng một lớp màng trong suốt và xem nó lật từ cách điện thành chất dẫn điện và trở lại. Kéo dài cũng thay đổi tính chất từ của nó.
Harold Hwang, giáo sư tại SLAC và Stanford và là điều tra viên của Viện Khoa học Vật liệu và Năng lượng Stanford (SIMES) cho biết: “Chúng tôi thực sự có thể kéo dài và làm căng những thứ này một cách đáng kể. “Điều này mở ra một thế giới hoàn toàn mới về khả năng sẽ có tác động vượt ra ngoài nghiên cứu cụ thể này.”
Nhóm nghiên cứu đã báo cáo những phát hiện của mình trong Khoa học ngày hôm nay.
Những cách mới để nổi tự do và kéo dài
LCMO hay lanthanum canxi mangan oxit là những gì được gọi là vật liệu lượng tử vì các electron của nó hoạt động theo những cách khác thường và thường gây ngạc nhiên. Các nhà khoa học muốn có thể kiểm soát và tinh chỉnh hành vi này cho một thế hệ điện tử mới với các ứng dụng trong truyền tải điện, vận chuyển, điện toán, cảm biến và máy dò.
Các màng mỏng của vật liệu lượng tử thường được trồng trên bề mặt của vật liệu khác. Bốn năm trước, nhóm của Hwang đã báo cáo một cách dễ dàng để tách những lớp mỏng manh đó để chúng có thể được nghiên cứu theo những cách mới.
Một trong những nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu đó, Seung Sae Hong, cũng đã lãnh đạo nghiên cứu này. Ông đã sử dụng phương pháp mới để tạo và giải phóng các mảnh LCMO nhỏ hơn mỏng hơn bao giờ hết – dày chưa đến 20 nanomet. Chúng gần như trong suốt và linh hoạt đáng ngạc nhiên.
Trực tiếp kéo dài một mảnh vụn nhỏ, dễ vỡ như vậy sẽ khó khăn nhưng Seung Sae Hong đã khắc phục vấn đề đó bằng cách đặt nó lên một màng polymer mỏng – giống như một túi nhựa từ cửa hàng tạp hóa – nơi nó bị mắc kẹt trong ý chí của chính mình.
Sau đó, anh ta kẹp màng polymer ở bốn phía của nó và sử dụng một bộ vi mô để kéo và kéo căng nó – đôi khi theo một hướng, đôi khi theo cả hai hướng cùng một lúc. Khi LCMO được kéo dài, lớp nền polymer của nó có thể được dán vào một bề mặt khác và đưa đến một dụng cụ khác để kiểm tra bằng tia X.
Lật trạng thái điện tử
“Các thí nghiệm khá tẻ nhạt và khó khăn”, Hong, hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học California, Davis nói. “Chúng tôi sẽ xem phim, làm ấm nó để làm mềm keo và thư giãn độ căng, thao tác theo cách khác, đóng băng tại chỗ và nhìn lại nó.”
Các nhà nghiên cứu đã có thể đo trực tiếp khoảng cách giữa các nguyên tử và xác nhận rằng nó tăng lên khi kéo dài. Họ cũng đo điện trở của LMCO và phát hiện ra rằng việc kéo căng nó từ trạng thái kim loại dễ dẫn điện sang trạng thái cách điện, điều này không xảy ra. Áp dụng một từ trường mạnh đã thay đổi trạng thái từ của vật liệu và cũng biến nó trở thành kim loại.
Là một công cụ khoa học, điều này thực sự thú vị. Nó mở ra cơ hội cho việc điều khiển cơ học các lớp vật liệu rộng lớn theo cách chúng ta không thể làm trước đây. Và nó cho chúng ta ý tưởng về cách chúng ta có thể thiết kế vật liệu linh hoạt cho các thiết bị điện tử, bao gồm cảm biến và máy dò đo lường những thay đổi rất nhỏ.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia DOE / SLAC . Bản gốc được viết bởi Glennda Chui. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :