Учёные из Национальной лаборатории Оук-Ридж, входящей в структуру Министерства энергетики США, представили метод, позволяющий изучать изменения в материалах на атомном уровне. Данный метод открывает новые перспективы для углубления знаний и разработки материалов, применяемых в квантовой вычислительной технике и электронике.
Так называемая «Система быстрого обнаружения и реагирования на объекты» или RODAS объединяет визуализацию, спектроскопию и микроскопию, что позволяет фиксировать характеристики динамически изменяющихся атомных структур в процессе их образования.
Ранее установленные методы, такие как сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (STEM) с использованием спектроскопии потерь энергии электронов (EELS), имели ограничения, так как электронный пучок мог искажать анализируемые материалы. Это вынуждало специалистов изучать изменённые состояния вместо изначальных свойств. RODAS успешно преодолевает данное ограничение, применяя динамическую визуализацию с элементами компьютерного зрения и машинного обучения в реальном времени.
При использовании метода RODAS анализ фокусируется только на интересующих участках образца. Такой подход обеспечивает быстрый анализ — за считанные секунды или миллисекунды — в отличие от традиционных методов, которые могут занимать несколько минут, при этом важная информация извлекается без разрушения образца.
Источник: Kevin Roccapriore, Scott Gibson / ORNL, U.S. Dept. of Energy
Все материалы обладают дефектами, которые могут существенно влиять на их механические или квантовые свойства. Эти дефекты могут изменяться на атомном уровне как самостоятельно, так и под воздействием внешних факторов, таких как электронное облучение. Локальные характеристики этих дефектов ещё не до конца изучены. Хотя методы STEM позволяют в некоторой мере проводить измерения, крайне трудно исследовать дефекты, не изменяя их.
Команда исследователей применила свой метод к однослойному дисульфиду молибдена — перспективному полупроводниковому материалу для применения в квантовых вычислениях и оптике. Данный материал интересен тем, что может излучать одиночные фотоны за счёт дефектов, связанных с отсутствием атомов серы. Эти скопления дефектов создают уникальные электронные свойства, что делает материал важным для передовых технологий. Изучение молибденового дисульфида и других однослойных материалов позволяет учёным искать ответы на фундаментальные вопросы об их оптических и электронных свойствах на атомном уровне.
Методика RODAS является очередным шагом вперёд в области материаловедения, позволяя изучать структуру и свойства материалов в режиме анализа, сосредотачиваясь на конкретных атомах или дефектах по мере их возникновения. Она эффективно собирает данные о различных типах дефектов, приспосабливается к распознаванию новых классов атомов и дефектов в реальном времени, одновременно минимизируя воздействие на образец и сохраняя детальность анализа.
Нанесение этой методологии на одинарный слой дисульфида молибдена с легированием ванадием позволило исследовательской группе получить новое понимание формирования и изменения дефектов под действием электронного пучка.
Способность наблюдать и анализировать материалы на атомном уровне в реальном времени демонстрирует огромный потенциал для расширения горизонтов вычислительной техники, электроники и других областей.
Источник: iXBT
