Популярный двумерный материал дисульфид молибдена (MoS2) получил атомарное улучшение с помощью платины. Исследование, проведённое учёными из Венского университета и Технического университета Вены, впервые с точностью до атома внедрило отдельные атомы платины (Pt) в ультратонкий монослой MoS2 и определило их точное расположение в кристаллической решётке.

Работа, опубликованная в журнале Nano Letters, была выполнена с использованием инновационного подхода, сочетающего целенаправленное создание дефектов в монослое MoS2, контролируемое осаждение платины и высококонтрастную вычислительную микроскопическую технику — питхографию.

Учёные считают, что эта новая стратегия сверхточного легирования и картирования открывает новые возможности для понимания и создания атомных структур в двумерных системах.

Двумерный монослой MoS2 — полупроводник с прямой запрещённой зоной, благодаря большому отношению площади поверхности к объёму, привлекает внимание как активный компонент для катализаторов и газовых сенсоров следующего поколения. Однако его потенциал ограничен химической инертностью плоской поверхности, что снижает каталитическую активность.

Исследования показали, что инженерные методы, такие как замещение атомов — когда один гетероатом заменяет один или несколько атомов решётки — могут эффективно решать эту проблему. Такая модификация создаёт активные центры на поверхности, которые служат маленькими химическими реакторами для реактивов или местами прикрепления газовых молекул.

Замещение атомов серы в MoS2 было продемонстрировано для более чем половины элементов периодической таблицы, но подтверждение точного расположения замещений на атомном уровне остаётся ограниченным.

Хотя теоретически замещение платиной считается эффективным для создания катализаторных активных центров и улучшения сенсорных свойств, экспериментальные исследования Pt-легированного MoS2 были минимальны.

В этом исследовании учёные применили трёхэтапный процесс для внедрения и картирования Pt на поверхности 2D MoS2 с помощью инженерии дефектов.

Сначала поверхность облучали потоком низкоэнергетических ионов гелия, создавая контролируемые микроскопические дефекты в виде атомных вакансий, которые могли занять атомы платины.

На втором этапе испаряли атомы Pt, заполняя созданные вакансии. Третий этап — определение точного расположения легирования.

Поскольку традиционные микроскопические методы часто не позволяют различать типы дефектов, учёные использовали питхографию с односторонней полосой (SSB) — метод с высоким разрешением и контрастностью, основанный на электронных дифракционных картинах.

С помощью SSB удалось точно определить как легирующие атомы, так и загрязнения, например, углерод. Результаты показали, что более 80% атомов Pt заняли вакансии серы V1S, остальные распределились между V2S (12%) и VMo (8%). После внедрения в MoS2 атомы платины проявили высокую стабильность даже при комнатной температуре.

Исследование успешно продемонстрировало возможность точного управления материалами на атомном уровне, открывая новые пути для создания функциональных материалов.

Статья подготовлена автором Санжукта Мондал, отредактирована Сэди Харли и проверена Робертом Эганом. Мы благодарны читателям за поддержку независимой научной журналистики.

Наша жизнь наполнена электроникой, и мы редко задумываемся о сложности её компонентов. Одними из таких являются радиочастотные (RF) фильтры, обеспечивающие приём правильных сигналов через Wi‑Fi и мобильные сети. Они часто изготавливаются из тонких пьезоэлектрических плёнок — материалов, которые при деформации генерируют электрический заряд и меняют форму под напряжением.

Пьезоэлектрические плёнки применяются не только в RF-фильтрах, но и в датчиках, приводах и энерго-преобразователях, а также исследуются для квантовых технологий. Для их эффективной работы требуется высокое качество и разные производственные процессы.

Исследователи Empa разработали новый метод нанесения таких плёнок на изолирующие подложки при низких температурах, используя усовершенствованный процесс HiPIMS (мощное импульсное магнетронное распыление). В отличие от традиционного метода, HiPIMS работает короткими высокоэнергетическими импульсами, ионизируя атомы мишени, что улучшает качество плёнок.

Главная проблема — нежелательная бомбардировка плёнки ионами аргона, вызывающая дефекты. Решение предложил Джйотиш Патидар: подача напряжения на подложку синхронизируется с приходом нужных ионов, избегая ускорения ионов аргона.

Для изолирующих подложек Empa использует эффект "электронного дождя" — быстрые электроны из плазмы кратковременно заряжают подложку, позволяя ускорять ионы мишени без подачи прямого напряжения.

Метод SFP-HiPIMS позволяет получать высококачественные пьезоэлектрические плёнки на различных подложках при низких температурах, что важно для микросхем и полупроводников. В дальнейшем исследователи планируют создавать сегнетоэлектрические плёнки и применять технологию в фотонике и квантовых технологиях с помощью машинного обучения.

Вы когда-нибудь задумывались, как же ученые «заглядывают» внутрь материала толщиной в один атом? Нет, не с помощью какой-то магической атомарной линзы — ведь такие приборы, как сканирующая туннельная микроскопия, стоят дороже вашей квартиры и требуют условий из страшных научно-фантастических фильмов: ультравысокого вакуума и температуры, близкой к абсолютному нулю. Но давайте сделаем на секунду уступку здравому смыслу и представим, что можно обойтись без этих «атавистичных» дорогостоящих гаджетов. Звучит как выигрыш в лотерее, правда?

И вот команда исследователей из Института физики в Загребе, Хорватия, вместе с международными союзниками, показали, что это реально! Разрешите представить новый супергерой — передовую атомно-силовую микроскопию (АСМ), которая обычно у нас ассоциируется с чем-то вроде «гляжу на поверхность и трогаю ее иголочкой». Но ребята из Загреба доказали, что и эта «иголочка» может работать на атомном уровне, если использовать её с умом и в нескольких продвинутых режимах.

И самое главное — они смогли «увидеть» интеркаляцию, то есть проникновение атомов в пространство между слоями ультратонких материалов, таких как графен и MoS2 (кто еще не знаком с этими красавцами из мира 2D-материалов — настоятельно рекомендую познакомиться). Раньше, чтобы узнать, что же там происходит, приходилось звать на помощь специализированные сенсоры и космические приборы, теперь же — пожалуйста, АСМ, несколько хитрых режимов и вуаля — атомы поддаются визуализации!

Да еще и на образцах, которые, внимание, просто лежали на воздухе, а не в стерильных условиях научной фобии. Как говорит Кармен Капустич, соавтор: «Наш метод — это почти как взять микроскоп и сказать: «Покажи-ка, что там на самой обычной поверхности». Без всяких «галактических» условий».

Зачем нам всё это? Дело в том, что такие процессы, как интеркаляция, помогают настраивать свойства материалов — их электропроводность, гибкость, оптические эффекты — то есть, практически, делать из них новых героев будущих технологий: от гибкой электроники до квантовых компьютеров. И чем лучше мы их понимаем, тем быстрее двигаемся к мечтам про телефоны, которые не ломаются, и компьютеры, что читают мысли (ну, почти).

Как метко сказал д-р Дж. Ива Шрут Ракич, «не всегда нужно иметь сверхточный инструмент, чтобы понять сверхтонкие вещи». Главное — в творческом подходе и умении читать «между строк» — или в нашем случае — между атомными слоями.

Так что, друзья, наука не стоит на месте и доказывает: иногда секрет настоящей сверхточности — это не сверхоборудование, а умение видеть детали там, где другие ищут сложности. Кто знает, возможно, скоро и ваш старенький атомно-силовой микроскоп удивит мир новыми открытиями! А пока — будем следить за новостями из Загреба и мечтать о гаджетах из будущего, которые соединили бы в себе точность и доступность.

Вот так, с юмором и гвоздями науки в руках, мы приближаемся к разгадке тайны самых тонких материалов Вселенной.

Статья взята с сайта: Топография АСМ и совместно локализованный оптический отклик частично интеркалированного MoS2 на графене, измеренные с помощью PiFM.

Как же работают обычные линзы?

Линзы — это, по сути, оптические устройства, которые направляют свет в фокусную точку, позволяя нам делать четкие фотографии и видеозаписи. Однако, если вы когда-нибудь задумывались, почему современные смартфоны по-прежнему требуют нескольких объективов, занимая при этом значительное место, то вы не одиноки! Это связано с тем, что традиционные линзы должны быть достаточно толстыми, чтобы отклонять свет и создавать четкое изображение.

В последние годы в области оптики произошли значительные прорывы, и одним из таких достижений стали металинзы. Они плоские, легкие и, что самое главное, в 40 раз тоньше человеческого волоса! Эти устройства работают так же, как и обычные линзы, но благодаря использованию наноструктур, они могут радикально уменьшить свои размеры.

Исследователи из ETH Zurich создали специальную метаповерхность, состоящую из структур шириной и высотой всего в сто нанометров. Это позволяет им не только уменьшить размер линзы, но и изучать необычные свойства света, например, нелинейную оптику.

Преобразование инфракрасного света!

Теперь давайте поговорим о том, как эта новая линза работает. Когда инфракрасный свет с длиной волны 800 нанометров проходит через металинзу, она преобразует его в видимый свет с длиной волны 400 нанометров. Это происходит благодаря особой структуре ультратонких линз и составу материала, который позволяет достичь нелинейно-оптического эффекта.

Профессор Рэйчел Грейндж и ее команда разработали новый технологический процесс, который позволяет использовать ниобат лития для создания этих удивительных металинз. Они комбинируют химический синтез с прецизионной наноинженерией, что позволяет создавать линзы, которые могут быть использованы в массовом производстве.

Применение в реальной жизни.

Теперь, когда мы знаем, как работают эти удивительные линзы, давайте подумаем о том, как они могут изменить наш мир. Металинзы могут использоваться для защиты банкнот и произведений искусства от подделки, а также для создания новых микроскопических инструментов. Они могут даже помочь сделать инфракрасный свет видимым для простых камер, что значительно упростит работу с датчиками.

Итак, друзья, мир оптики становится все более удивительным благодаря таким инновациям, как металинзы. Эти ультратонкие линзы могут не только изменить подход к созданию оптических устройств, но и открыть новые горизонты в науке и технологиях.