Новости науки, здоровья и космоса на портале GlobalScience.ru. Информеры для владельцев сайтов. Создайте свой собственный новостной сайт, используя наши бесплатные новостные информеры.
Конструктор новостных информеров
27/03/2025

Изменения симметрии в крошечных кристаллах под воздействием света позволяют исследователям создавать материалы с заданными свойствами

Изменения симметрии в крошечных кристаллах под воздействием света позволяют исследователям создавать материалы с заданными свойствами

Представьте, что вы строите башню из Лего с идеально выровненными блоками. Каждый блок представляет собой атом в крошечном кристалле, известном как квантовая точка. Подобно тому, как удар по башне может сдвигать блоки и изменять её структуру, внешние силы могут сдвигать атомы в квантовой точке, нарушая её симметрию и влияя на её свойства. Учёные выяснили, что они могут намеренно вызывать нарушение симметрии — или её восстановление — в квантовых точках для создания новых материалов с уникальными свойствами.

В недавнем исследовании учёные из Национальной лаборатории Аргонн, Министерства энергетики США (DOE), обнаружили, как можно использовать свет для изменения расположения атомов в этих крошечных структурах. Квантовые точки, изготовленные из полупроводниковых материалов, таких как сульфид свинца, известны своими уникальными оптическими и электронными свойствами благодаря их крошечному размеру, что даёт им потенциал революционизировать такие области, как электроника и медицинская визуализация.

Используя способность контролировать симметрию в этих квантовых точках, учёные могут настраивать материалы для получения определённых оптических и электрических свойств. Это исследование открывает новые возможности для разработки материалов, которые могут выполнять задачи, ранее считавшиеся невозможными, предлагая путь к инновационным технологиям.

Обычно сульфид свинца должен формировать кристаллическую структуру кубической симметрии, схожую с симметрией поваренной соли. В этой структуре атомы свинца и серы должны располагаться в очень упорядоченной решётке, как чёредующиеся красные и синие блоки Лего. Однако предыдущие данные показывали, что атомы свинца не находятся точно там, где ожидалось. Вместо этого они были немного смещены, что приводило к структуре с меньшей симметрией. "Когда симметрия меняется, это может изменить свойства материала, и это почти как совершенно новый материал", — объяснил физик Аргонн Ричард Шаллер.

"Существует большой интерес в научном сообществе к поиску способов создания состояний вещества, которые нельзя получить при обычных условиях". Команда использовала передовые лазерные и рентгеновские методы для изучения того, как структура квантовых точек сульфида свинца изменяется при воздействии света. В Национальной лаборатории ускорителей SLAC DOE они использовали инструмент, называемый Мегаэлектронвольтным ультрабыстрым рентгеновским дифракционным методом (MeV-UED), чтобы наблюдать за поведением этих квантовых точек в невероятно короткие промежутки времени, до триллионной доли секунды.

Тем временем, в Источнике передовых фотонов (APS), научно-исследовательской базе Министерства энергетики в Аргонн, они провели эксперименты по ультрабыстрому полному рентгеновскому рассеянию с использованием Beamline 11-ID-D, чтобы исследовать временные структурные изменения на временных шкалах до миллиардной доли секунды. Эти рентгеновские измерения воспользовались недавним обновлением APS, которое предоставляет рентгеновские лучи высокой энергии, в 500 раз более яркие, чем раньше. Кроме того, в Центре наноматериалов (еще одна исследовательская база DOE в Аргонн) команда провела быстрые — менее чем триллионную долю секунды — измерения оптического поглощения, чтобы понять, как изменяются электронные процессы при изменении симметрии.

Эти передовые установки в Аргонн и SLAC сыграли ключевую роль в том, чтобы помочь исследователям узнать больше о контроле симметрии и оптических свойствах квантовых точек на очень быстрых временных шкалах. Используя эти методы, исследователи наблюдали, что при воздействии коротких всплесков света симметрия кристаллической структуры менялась с неупорядоченного состояния на более организованное. "Когда квантовые точки поглощают световой импульс, возбуждённые электроны вызывают сдвиг материала к более симметричной структуре, в которой атомы свинца возвращаются в центр", — сказал физик из APS Бурак Гюзелтюрк.

Возвращение симметрии напрямую повлияло на электронные свойства квантовых точек. Команда заметила снижение энергии запрещённой зоны, что является разницей в энергии, необходимой электронам, чтобы прыгнуть из одного состояния в другое в полупроводниковом материале. Это изменение может повлиять на то, как хорошо кристаллы проводят электричество и реагируют на внешние силы, такие как электрические поля. Кроме того, исследователи также изучили, как размер квантовых точек и их поверхностная химия влияют на временные изменения симметрии. Подстраивая эти факторы, они могли контролировать изменения симметрии и точно настраивать оптические и электронные свойства квантовых точек.

"Мы часто предполагаем, что кристаллическая структура не меняется, но эти новые эксперименты показывают, что структура не всегда статична, когда свет поглощается", — сказал Шаллер. Результаты этого исследования важны для нанонауки и технологий. Способность изменять симметрию квантовых точек с помощью лишь световых импульсов позволяет учёным создавать материалы с заданными свойствами и функциями. Точно так же, как кирпичики Лего могут быть превращены в бесконечные структуры, исследователи учат, как "строить" квантовые точки с нужными свойствами, открывая путь для новых технологических достижений. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Materials.

 
Печать
Рейтинг:
  •  
Авторизуйтесь для оценки материала

С этим материалом еще читают:

Биолог собирается имплантировать в человека водоросли, чтобы люди смогли питаться солнцем

Морской биолог Чак Фишер предложил неожиданную идею для борьбы с мировым голодом. "Моя идея непосредственно связана с изучаемыми мной животными, но первоначально пришла на ум еще много лет назад, в мою бытность аспирантом, когда я изучал кораллы". "Должен признать, что для воплощения этой идеи в жизнь еще далеко, поэтому это пока только мечта". Кораллы на коралловом рифе представляют собой симбиотическую взаимосвязь фотосинтетических водорослей, обитающих внутри самого
 

Исследователи Массачусетского технологического института сделали самый крошечный органический лазер

Миниатюрное устройство, длиной 8-мкм, выглядит как висячий мост и пронизано отверстиями, высеченными в кремниевой микросхеме, покрытой органическим красителем. Интегрированный в микропроцессорные чипы, такой лазер может ускорить компьютеры, благодаря использованию света, а не электронов. Они также могут быть полезны для датчиков и лаборатории-на-чипе. По сравнению с лазерами на неорганических материалах
 

Ученые создали новый антибактериальный материал для пломбирования зубов

Американские ученые разработали несколько новых видов пломбировочных материалов с антибактериальными и реминерализующими свойствами, как сообщает Medical Xpress. Группа исследователей под руководством Хуакунь Сюй (Huakun Xu) из Мэрилендского университета надеется, что материалы, созданные с помощью нанотехнологий, могут прослужить не менее 10 лет. Как известно, кариес образуется под воздействием вредных веществ, вырабатываемых микроорганизмами, что способствует разрушению зубной эмали.
 
 

Еще из категории технологии:

 
 
 

Последние комментарии

 

Комментариев нет. Будьте первым!

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы иметь возможность оставлять комментарии.
 
 
 
 

Главная | космос | здоровье | технологии | катастрофы | живая планета | среда обитания | Читательский ТОП | Это интересно | Строительные технологии

RSS | Обратная связь | Информеры | О сайте | E-mail рассылка | Как включить JavaScript | Полезно знать | Заметки домоседам | Социальные сети

© 2007-2025 GlobalScience.ru
При полном или частичном использовании материалов прямая гиперссылка на GlobalScience.ru обязательна