Исследователи впервые пронаблюдали металлические линии в кристалле перовскита. Перовскиты изобилуют в центре Земли, и станнат бария (BaSnO3) является одним из таких кристаллов. Однако его металлические свойства не изучались широко из-за преобладания на планете более проводящих материалов, таких как металлы или полупроводники. Открытие было сделано с помощью передовой просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) — метода, который позволяет формировать изображения с увеличением до 10 миллионов.
«Электропроводная природа и предпочтительное направление этих металлических линейных дефектов означает, что мы можем сделать материал, который будет прозрачным, как стекло, и в то же время очень хорошо проводящим по направлению, как металл. Теперь мы можем сделать окна или новые типы сенсорных экранов прозрачными и в то же время проводящими».
К. Андре Мхоян, кафедра химической инженерии и материаловедения, Миннесотский университет.
Дефекты являются обычным явлением в кристаллах, а линейные дефекты (наиболее распространенным среди них является дислокация) представляют собой ряд атомов, которые отклоняются от нормального порядка. Поскольку дислокации имеют тот же состав элементов, что и основной кристалл, изменения в электронной зонной структуре в ядре дислокации из-за снижения симметрии и деформации часто лишь незначительно отличаются. Исследователям нужно было посмотреть за пределы дислокаций, чтобы найти дефект металлической линии, где состав дефекта и результирующая атомная структура сильно различаются.
Используя передовую аналитическую просвечивающую электронную микроскопию (STEM) с увеличением в 10 миллионов раз, исследователи из Университета Миннесоты смогли выделить и отобразить структуру и состав металлического дефекта в виде линии в кристалле перовскита BaSnO3.
«Мы легко заметили эти линейные дефекты на изображениях тонких пленок BaSnO3, полученных с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии, из-за их уникальной атомной конфигурации, и мы видели их только на виде сверху».
Хванхуэй Юн, аспирант кафедры химического машиностроения и материаловедения.
Для этого исследования пленки BaSnO3 были выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии — методики изготовления высококачественных кристаллов — в лаборатории Университета Миннесоты. Металлические линейные дефекты, наблюдаемые в этих пленках BaSnO3, распространяются в направлении роста пленки, что означает, что исследователи потенциально могут контролировать, как и где появляются линейные дефекты, и потенциально проектировать их по мере необходимости в сенсорных экранах, интеллектуальных окнах и других технологиях будущего, требующих сочетания прозрачности и проводимости.
Кристаллы перовскита содержат три элемента в элементарной ячейке. Это дает ему свободу для структурных изменений, таких как состав и симметрия кристалла, а также возможность удерживать различные дефекты. Из-за различных углов координации и связи атомов в ядре дефекта линии вводятся новые электронные состояния, а структура электронной зоны локально модифицируется настолько радикально, что превращает дефект линии в металл.
Читать также:
Земля достигнет критической отметки температуры через 20 лет.
Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят.
Найдена самая старая в мире наскальная живопись.
Минздрав Аргентины раскрыл данные о побочных эффектах у получивших «Спутник V».