В чём важность исследования
В кристаллических материалах атомы колеблются по-разному в зависимости от направления — это свойство известно как вибрационная анизотропия. Оно сильно влияет на диэлектрические, тепловые и даже сверхпроводящие свойства материалов. Более глубокое понимание этой анизотропии позволяет инженерам адаптировать материалы для использования в электронике, полупроводниках, оптике и квантовых вычислениях.
Описание метода
В статье, опубликованной в журнале Nature, команда под руководством Калифорнийского университета в Ирвайне подробно описывает работу своей техники — селективной по импульсу спектроскопии энергопотерь электронов (EELS) и её способность раскрывать фундаментальную динамику решётки функциональных материалов.
Материалы исследования
Исследователи использовали свою систему микроскопов EELS для изучения титаната стронция и титаната бария — двух оксидов перовскита, которые различаются по своим термоэлектрическим, оптическим, пьезоэлектрическим и сегнетоэлектрическим свойствам. Собирая вибрационные сигналы атом за атомом в выбранных направлениях, они наблюдали различия в анизотропном поведении акустических и оптических фононов для двух материалов.
Цитата соавтора
«Изменённые анизотропные вибрации дают измерения, полностью отличающиеся от тех, которые получены для целых кристаллов и интегрированы по всему энергетическому диапазону», — сказал соавтор Сяоцин Пань, заслуженный профессор материаловедения и инженерии, физики и астрономии в Калифорнийском университете в Ирвайне и директор Института исследований материалов кампуса.
«Наши результаты также ясно продемонстрировали, что коллективные атомные колебания в кристаллах претерпевают флуктуации на атомном уровне в зависимости от элементов и атомных участков, что противоречит традиционной модели, которая предполагает равномерное распределение волновых функций фононов», — добавил Пань.
Возможности нового метода
Пань отметил, что новый метод микроскопии позволяет учёным-материаловедам картографировать вибрационную анизотропию с беспрецедентным пространственным и энергетическим разрешением для широкого спектра материалов.
«Выводы команды тесно согласуются с теоретическими предсказаниями», — сказал старший соавтор Жуцянь Ву, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвайне.
«Эта работа открывает двери для дальнейших исследований критически важных явлений, связанных с фононами, включая сегнетоэлектрические фазовые переходы, происхождение сегнетоэлектричества и роль кислородных участков в формировании электрон-фононных взаимодействий в высокотемпературных сверхпроводниках», — добавил он.
Участники проекта
К команде Калифорнийского университета в Ирвайне в этом проекте присоединились учёные из Уппсальского университета в Швеции, Нанкинского университета в Китае и Нинбоского института материаловедения и инженерии.
Предоставлено:
[University of California, Irvine](https://phys.org/partners/university-of-california–irvine/)