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氦“气球”为复杂材料的控制提供新途径
发布:lee_9124   时间:2015/7/6 19:01:27   阅读:408 
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美国橡树岭国家实验室研究人员将氦原子(红色气球)注入金晶体薄膜中,以控制晶体沿单方向生长。

美国能源部(Dept. of Energy,DOE)橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)研究人员已经开发出了一种只使用少量氦离子来控制各种材料及其性质的新方法。

该技术发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters),加深了对那些具有非比寻常性能的、却又难以控制的复杂氧化物材料的理解和应用,例如超导电性和巨磁阻效益。

ORNL研究人员已经发现了一个简单的方法,可以在不改变晶体材料外延方向,且不破坏晶体结构的情况下,控制晶体材料的外延。这是第一次。通过将少量的氦离子添加进复杂氧化物中来实现,最终控制其磁性和电性。

“通过将少量的氦离子注入材料中,我们可以沿单轴控制应变。”ORNL负责该研究的Zac Ward说,“这种控制在之前是不可能实现的,这使我们可以以先前不曾有过的手段来调整材料的性质。”

电子被束缚在复杂氧化物中的复杂方式意味着应变——结构拉伸——触发多种不同电子性质的改变。这样的连锁效应丰富了科学家们研究和利用精密材料的能力。

研究人员在一种常见的氧化物材料LSMO上展示了该项技术,但他们预测该技术将可广泛应用于功能驱动材料的科学研究和基础物理研究。

“我们预期在复杂氧化物获得直接影响,但该技术本应该成为一种重要的新工具,用于那些性能受晶体对称性影响的材料。”Ward如是说。

该方法采用低能离子枪将少量的氦离子注入到已经成型的材料中。这个过程也是可逆的,氦离子可通过真空加热材料来去除。先前开发的应变调谐方法改变了材料中的所有方向,且无法恢复。

“我们可以轻易的控制材料中的应变量以及应变深度。”Ward说,“通过控制插入外延薄膜中氦原子的数量,我们在一个方向上选择应变状态,而保留其他两个方向。”

该技术也将有利于那些旨在模拟复杂材料来预测和解释其性质的理论研究。
“这些材料的复杂性需要一个巨大的方程来解释其性质。”Ward说,“通常的应变调整方法需要改变方程中的许多变量,这意味着无法确切的指导某一个具体的反应。在我们的例子中,只有一个变量。可以控制单一变量,并试图突破,使复杂性得到简化。对于实验预测理论模型而言,这是一个杰出的方法。”


来源:新材料在线
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