科学家发现完美2D超薄材料 造出全新晶体管

科学家发现完美2D超薄材料造出全新晶体管但在此之前，科学家们必须首先找到一种方法，在保持其完美结晶形态的同时，在工业标准硅片上设计这种材料。近期，麻省理工学院（MIT）的工程师们似乎找到了一个可能的解决方案，他们将研究成果发表在了《自然》杂志上。据悉，该团队开发出了一种“非外延单晶生长”方法，可以在现有的工业硅晶圆上生长出纯净的、无缺陷的二维材料，以制造出更小的晶体管。通过新方法，研究小组用一种叫做过渡金属二硫化物（TMD）的2D材料制造了一个简单的功能晶体管，这种材料在纳米尺度上的导电性比硅更好。麻省理工学院机械工程副教授JeehwanKim说，“我们希望我们的技术能够开发基于二维半导体的高性能下一代电子设备。我们已经开启了一种利用2D材料来追赶摩尔定律的方法。”一般而言，为生产2D材料，研究人员通常采用一种手工工艺，即从大块材料中小心地剥离原子般薄的薄片，就像剥洋葱层一样。但大多数块状材料都是多晶的，包含多个随机方向生长的晶体。当一种晶体与另一种晶体相遇时，“晶界”起到了电屏障的作用。任何流过一个晶体的电子在遇到不同方向的晶体时都会突然停止，从而降低材料的导电性。即使在剥离2D薄片之后，研究人员也必须搜索薄片中的“单晶”区域，这是一个繁琐且耗时的过程，很难应用于工业规模。在上述新研究中，研究人员发现了制造二维材料的其他方法，即通过在蓝宝石晶片上生长它们。蓝宝石是一种具有六角形原子图案的材料，可促使二维材料以相同的单晶方向组装。新的“非外延单晶生长”方法不需要剥离和搜索二维材料的薄片，并可使晶体向同一方向生长。研究小组据此制造了一个简单的TMD晶体管，其电性能与相同材料的纯薄片一样好。研究人员表示，未来或可制造出小于几纳米的器件，这将改变摩尔定律的规律。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340041.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1340041.htm

物理学家解开了准晶体形成之谜

物理学家解开了准晶体形成之谜一个由不同大小的环组成的子结构将自己无缝嵌入到一个六边形结构中。资料来源：马丁路德大学哈雷-维滕贝格分校他们的研究解决了从金属氧化物中形成二维准晶体的奥秘，最近发表在《自然通讯》杂志上。"六角形在自然界中经常被发现。最著名的例子是蜂窝，但石墨烯或各种金属氧化物，如氧化钛也形成这种结构。六边形是周期性排列的理想模式，"MLU物理研究所表面和界面物理组的研究员StefanFörster博士解释说。"它们如此完美地结合在一起，没有任何缝隙。"2013年，该小组在铂金基底上沉积了一个含有氧化钛和钡的超薄层，并在超高真空中加热到约1000摄氏度时，有了一个惊人的发现。原子排列成三角形、正方形和菱形，这些三角形、正方形和菱形组合成甚至更大的具有12条边的对称形状。一个具有12倍旋转对称性的结构被创造出来，而不是预期的6倍周期性。根据福斯特的说法，"准晶体被创造出来，具有非周期性的结构。这种结构是由高度有序的基本原子团组成的，即使这种有序性背后的系统性对观察者来说是难以辨别的。"来自哈雷的物理学家们是世界上第一个证明在金属氧化物中形成二维准晶体的人。自他们发现以来，这种准晶体的形成机制仍然令人费解。MLU的物理学家现在与来自哈雷马克斯-普朗克微结构物理研究所、格勒诺布尔-阿尔卑斯大学和美国国家标准与技术研究所（美国盖瑟斯堡）的研究人员合作，解决了这个谜题。利用精心设计的实验、高能计算和高分辨率显微镜，他们表明，高温和钡的存在创造了一个分别有四个、七个和十个原子的钛和氧环的网络。"钡既打破了原子环，又稳定了它们，"领导该联合项目的Förster解释说。"一个钡原子嵌入一个七原子环中，两个嵌入一个十原子环中"。这是可能的，因为钡原子与铂金支撑物发生静电作用，但不与钛原子或氧原子形成化学键。通过他们的最新发现，研究人员所做的不仅仅是澄清了一个基本的物理学问题。Förster说："现在我们对原子层面的形成机制有了更好的理解，我们可以尝试在其他与应用相关的材料（如金属氧化物或石墨烯）中按需制造这种二维准晶体。我们很高兴能够了解这种特殊的排列方式是否会产生全新的、有用的特性"。这些实验是作为"超周期晶体：结构、动力学和电子特性"项目的一部分进行的，该项目由德国研究基金会和法国国家研究机构资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345975.htm

科学家们创造出能从热能中产生电能的晶体

科学家们创造出能从热能中产生电能的晶体这种新型合成材料由铜、锰、锗和硫组成，它的生产过程相当简单，法国卡昂CRISMAT实验室的CNRS研究员、材料科学家EmmanuelGuilmeau解释说，他是该研究的通讯作者。"这些粉末通过球磨进行简单的机械合金化，形成一个预结晶相，然后在600摄氏度下进行致密化。他说："这个过程可以很容易地扩大生产规模。"热电材料可将热量转化为电能。这在工业过程中特别有用，因为在工业过程中，废热被重新利用为有价值的电力。相反的方法是冷却电子部件，例如在智能手机或汽车中。这类应用中使用的材料不仅要高效，而且要便宜，更重要的是要对健康安全。然而，迄今为止使用的热电设备使用了昂贵和有毒的元素，如铅和碲，它们提供了最佳的转换效率。但为了找到更安全的替代品，EmmanuelGuilmeau和他的团队已经转向天然铜基硫化物矿物的衍生物。这些矿物衍生物主要由无毒和丰富的元素组成，其中一些还具有热电特性。现在，该团队已经成功地生产出一系列的热电材料，在同一材料中显示出两种晶体结构。"我们对这个结果感到非常惊讶。通常情况下，稍微改变成分对这一类材料的结构没有什么影响，"EmmanuelGuilmeau在描述他们的发现时说。研究小组发现，用铜取代一小部分锰产生了复杂的微结构，具有相互连接的纳米域、缺陷和连贯的界面，这影响了材料的电子和热的传输特性。EmmanuelGuilmeau说，所生产的新型材料在400摄氏度（750华氏度）以下都很稳定，这个范围在大多数工业的废热温度范围内。他相信，在这一发现的基础上，可以设计出更便宜、无毒的新型热电材料来取代更多有问题的材料。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332391.htm

科学家们合成了一种具有高相位纯度的可调控铁磁准晶体

科学家们合成了一种具有高相位纯度的可调控铁磁准晶体二十面体类晶体（iQCs）--它们是拥有特殊几何结构和长程秩序的固体，具有晶体学上的对称性，但没有周期性，显示出有趣的物理和磁性特性。资料来源：东京科学大学的田村龙二教授该研究显示，磁相互作用的平衡和iQCs中的奇异磁性订单的存在是可以控制的，这为磁性技术的发展提供了潜在的进展。类晶体（QCs）具有奇特的结构和有趣的原子排列。尽管从外观上看它们与晶体相似，但在原子尺度上，它们缺乏周期性，尽管是有序的。这样的结构安排赋予了准晶体以对称性和其他在晶体中缺少的特殊属性。特别是具有特殊几何结构的二十面体QCs（iQCs），显示出有趣的磁性。在最近的一项突破中，由东京科学大学（TUS）的RyujiTamura教授领导的一个研究小组在金-镓-钆和金-镓-铽iQCs中发现了铁磁秩序。然而，这些iQCs并不适合进一步研究iQCs中的铁磁性，因为它们还含有很大一部分的近似晶体（AC）相。ACs具有与QCs类似的结构，但由于它们也具有磁性，这就干扰了对QC相的磁性的单独研究。为了弥补这一差距，田村教授的团队现在已经合成了一种新型的金-镓-镝（Au-Ga-Dy）iQC。据田村教授说，"Au-Ga-DyiQC是铁磁性的，高度可调谐的，并且具有高相位纯度"。该研究小组，包括来自TUS的RyoTakeuchi先生和FaridLabib博士，在《物理评论快报》杂志上发表了他们的发现。。(a)Au68-xGa17+xDy15iQCs的粉末X射线衍射图案。在所有的图案中，峰被索引为原始iQCs的峰，表明形成了高纯度的iQCs(b)Au65Ga20Dy15iQC沿五倍轴的选定区域电子衍射图案。资料来源：东京科学大学的RyujiTamura教授新的iQCs是用含有15%Dy、62-68%Au和23-17%Ga的母合金制备的。这些母合金是通过电弧熔化和快速淬火合成的。使用粉末X射线衍射、电子显微镜、电子衍射和磁感应强度测量对结果的iQCs进行了研究。研究人员发现，合成的iQC是多晶体，具有高纯度的铁磁相。他们进一步能够描述铁磁转变的平均场性质。研究人员还发现，新的iQCs在每原子电子数（e/a）比例为1.70时表现出最大的魏氏温度，这是铁磁转变中的一个重要参数，这与以前对ACs的发现一致。这一发现表明，iQCs的磁性能可以通过魏斯温度和e/a比率（一个表明iQCs的费米能变化的参数）得到很好的调整。此外，这些发现表明，铁磁和反铁磁相互作用的平衡，以及奇异磁序的存在，可以通过转移费米能或调整e/a比率来调控iQCs。(a)Au68-xGa17+xDy15iQCs的场冷磁感应强度（M/H）的温度依赖性(b)在0-25K范围内样品的比热作为温度T的函数。"纯可调谐铁磁准晶体的发现有可能彻底改变和扩大基于晶体的学术体系。"田村教授总结说："将我们的发现应用于目前该领域的理论工作，例如，在非共面自旋构型领域，如刺猬和旋涡构型，可以导致iQCs中各种非传统的物理特性，包括反常和拓扑霍尔效应。"这些发现为磁性材料的新领域铺平了道路，推动了磁性数据存储、自旋电子学和磁性传感器等技术的发展。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358531.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358531.htm

重温爱因斯坦理论：科学家利用光子晶体产生"伪引力"

重温爱因斯坦理论：科学家利用光子晶体产生"伪引力"扭曲光子晶体和光子晶体的概念图。资料来源：K.Kitamuraet.al.爱因斯坦的相对论早已确定，电磁波（包括光和太赫兹电磁波）的轨迹可以被引力场偏转。科学家们最近从理论上预测，通过在低归一化能量（或频率）区域使晶体变形，复制引力效应（即伪引力）是可能的。东北大学大学院工学研究科的KitamuraKyoko教授说："我们开始探索光子晶体的晶格变形是否能产生伪重力效应。"DPC中光束轨迹的实验装置和模拟结果光子晶体的作用光子晶体具有独特的特性，使科学家能够操纵和控制光的行为，成为晶体内光的"交通管制器"。光子晶体的构造是将两种或两种以上不同的材料周期性地排列在一起，这些材料具有不同的与光相互作用和减缓光速的能力，并以有规律的重复模式排列。此外，在光子晶体中还观察到了由于绝热变化而产生的伪重力效应。北村和她的同事通过引入晶格畸变对光子晶体进行了改造：元素间的规则间距逐渐变形，从而破坏了质子晶体的网格状模式。这就操纵了晶体的光子带结构，导致光束在中间出现弯曲轨迹--就像光束经过黑洞等大质量天体一样。实验结果，B端口和C端口之间的传输差清楚地显示了DPC中的光束弯曲。资料来源：K.Kitamuraet.al.实验细节和影响具体来说，科学家们在实验中使用了一种原始晶格常数为200微米的硅扭曲光子晶体和太赫兹波。实验成功证明了这些波的偏转。Kitamura补充说："就像重力使物体的轨迹发生弯曲一样，我们也想出了在某些材料内使光线发生弯曲的方法。这种太赫兹范围内的面内光束转向可用于6G通信。"大阪大学副教授MasayukiFujita说："在学术上，研究结果表明光子晶体可以利用引力效应，为引力子物理学领域开辟了新的道路。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391051.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391051.htm

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年西北大学的科学家参与了对宇航员在阿波罗17号任务中采集的月球样本的分析。通过分析1972年阿波罗17号任务中收集的月球微小晶体，科学家们修正了月球的估计年龄。以前认为月球的年龄为44.25亿年，新的分析表明月球的年龄约为44.6亿年，比以前的估计年龄大4000万年。在菲尔德博物馆和格拉斯哥大学研究人员的领导下，西北大学的原子探测断层扫描设备使这项研究成为可能，它"确定"了样本中最古老晶体的年龄。通过揭示这些隐藏在月球尘埃中的锆石晶体的年龄，研究人员得以拼凑出月球形成的时间表。这项研究最近发表在《地球化学展望通讯》（GeochemicalPerspectivesLetters）杂志上。太空研究的技术演变西北大学的迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）是这项研究的合著者之一，他说："这项研究证明了自1972年最后一次载人月球任务返回地球以来，我们取得了巨大的技术进步。这些样本是在半个世纪前被带到地球的，但直到今天我们才拥有必要的工具来进行必要水平的微观分析，包括原子探针层析成像"。显微镜下的月球锆石晶粒。资料来源：JennikaGreer通过逐原子分析，研究人员能够计算出锆石晶体中有多少原子发生了放射性衰变。当一个原子发生衰变时，它会脱落质子和中子，转化成不同的元素。例如，铀会衰变成铅。由于科学家已经确定了这一过程需要多长时间，因此他们可以通过观察铀原子和铅原子的比例来评估样本的年龄。该研究的资深作者、菲尔德博物馆的菲利普-赫克（PhilippHeck）说："放射性测年的原理有点像沙漏。在沙漏中，沙子从一个玻璃球流到另一个玻璃球，时间的流逝通过沙子在较低玻璃球中的积累来表示。辐射测年的原理与此类似，通过计算母原子的数量和它们转化成的子原子的数量。由于转化率是已知的，因此可以计算出时间的流逝。"Isheim是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系的研究副教授，同时也是西北大学原子探针断层扫描中心(NUCAPT)的负责人。麦考密克材料科学与工程荣誉教授、NUCAPT创始主任大卫-塞德曼（DavidSeidman）也是这项研究的合著者。赫克是菲尔德博物馆罗伯特-普利兹克陨石和极地研究馆馆长、内高尼互动研究中心高级主任和芝加哥大学教授。格拉斯哥大学研究副教授JennikaGreer是这项研究的第一作者。研究开始时，她还是赫克实验室的博士生。主要作者詹妮卡-格里尔正在使用原子探测器。图片来源：西北大学迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）月球的形成年代40多亿年前，当太阳系还很年轻，地球还在成长的时候，一个火星大小的巨大天体撞上了地球。巨大的块体脱离地球形成了月球，撞击的能量熔化了最终成为月球表面的岩石。赫克说："当月球表面像那样熔化时，锆石晶体就无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体一定是在月球岩浆海洋冷却后形成的。否则，它们就会被融化，其化学特征也会被抹去。"由于晶体一定是在岩浆海洋冷却后形成的，因此确定锆石晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。但是，为了确定月球的最大可能年龄，研究人员求助于西北大学的原子探测层析成像仪器。格里尔说："在原子探针层析成像中，我们首先使用聚焦离子束显微镜将一块月球样本削成非常锋利的尖端，就像一个非常漂亮的削铅笔器。然后，我们使用紫外线激光将原子从尖端表面蒸发出来。原子通过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们有多重，进而告诉我们它们是由什么构成的。"在确定了样本中的材料并进行了辐射测定之后，研究人员得出结论，最古老的晶体大约有44.6亿年的历史。这意味着月球至少有这么古老。赫克说，了解月球形成的时间非常重要，因为"月球是我们行星系统中的重要伙伴。它稳定了地球的自转轴。它是一天有24小时的原因。它是我们拥有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命将面目全非。这是我们想要更好地了解的自然系统的一部分，而我们的研究为整个画面提供了一块小小的拼图"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401761.htm