Teknik giver forskere mulighed for at undersøge, hvordan materialer binder på atomniveau

(PhysOrg.com) - En tilgang, der er udviklet af forskere ved North Carolina State University, giver forskere ny indsigt i, hvordan silicium binder sig til andre materialer på atomniveau. Denne teknik kan føre til forbedret forståelse af og kontrol over bindingsdannelse på atomniveau, og muligheder for at skabe nye enheder og mere effektive mikrochips.

Producenter bygger siliciumbaserede enheder fra lag af forskellige materialer. Bindinger - den kemiske vekselvirkning mellem tilstødende atomer - er det, der giver materialer deres karakteristiske egenskaber. "I bund og grund, en binding er den lim, der holder to atomer sammen, og det er denne lim, der bestemmer materialets egenskaber, som hårdhed og gennemsigtighed, ” siger Dr. Kenan Gundogdu, assisterende professor i fysik ved NC State og medforfatter til forskningen. ”Bånder dannes, når materialer samles. Vi har påvirket samlingsprocessen af ​​siliciumkrystaller ved at påføre belastning under bindingsdannelsen. Producenter ved, at belastning gør en forskel i, hvordan bindinger dannes, men indtil nu har der ikke været megen forståelse af, hvordan dette fungerer på atomniveau."

Gundogdu, sammen med Dr. David Aspnes, anerkendt universitetsprofessor i fysik, og ph.d.-kandidat Bilal Gokce, brugt optisk spektroskopi sammen med en analysemetode udviklet af Aspnes og tidligere kandidatstuderende Dr. Eric Adles, der gjorde det muligt for dem at undersøge, hvad der skete på atomskalaen, når en siliciumkrystal blev belastet.

"Stamme er blevet brugt til at påvirke den overordnede kemi i lang tid, " siger Aspnes. "Men ingen har tidligere observeret forskelle i individuelle bindingers kemiske opførsel som følge af påføring af belastning i én retning. Nu hvor vi kan se, hvad der rent faktisk sker, vi får en meget bedre forståelse af dets indvirkning på atomskalaen, og ideelt set kunne tage det i brug.”

Ifølge Gundogdu, "Anvendelse af selv en lille mængde belastning i én retning øger den kemiske reaktivitet af bindinger i en bestemt retning, hvilket igen forårsager strukturelle ændringer. Indtil nu, belastning er blevet påført, når enheder fremstilles. Men ved at se på effekten på de individuelle atombindinger ved vi nu, at vi kan påvirke kemiske reaktioner i en bestemt retning, hvilket i princippet giver os mulighed for at være mere selektive i fremstillingsprocessen.”

Undersøgelsen vises online i 27. september Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Selvom vi er i stand til at udøve en vis retningsbestemt kontrol over reaktionshastigheder, der er meget tilbage, som vi stadig ikke forstår, ” tilføjer Aspnes. "Fortsat forskning vil give os mulighed for at identificere de relevante skjulte variabler, og siliciumbaserede enheder kan blive mere effektive som et resultat."