Ny forskning afdækker vejen til fejlfri tynde film

(Phys.org) - Et team ledet af Oak Ridge National Laboratory's Ho Nyung Lee har opdaget et fænomen til afslapning af belastninger i kobolitter, der har unddraget forskere i årtier og kan føre til fremskridt i brændselsceller, magnetiske sensorer og et væld af energirelaterede materialer.

Fundet, udgivet i Nano bogstaver , kunne ændre den konventionelle visdom, at det at rumme den stamme, der er iboende under dannelsen af ​​epitaksiale tynde film, nødvendigvis involverer strukturelle defekter, sagde Lee, medlem af Institut for Energilaboratoriets Afdeling for Materialevidenskab og Teknologi. I stedet, forskerne fandt ud af, at nogle materialer, i dette tilfælde koboltit, danne strukturelt velordnede atommønstre, der kan ændre deres magnetiske egenskaber og effektivt minimere størrelsesforstyrrelsen med det krystallinske substrat.

Epitaksiale tynde film, bruges til nanoteknologi og halvlederfabrikation, skabes ved at dyrke et krystallag af et materiale på et andet på en sådan måde, at de krystallinske strukturer flugter. Udfordringen er at vokse filmen sammenhængende med minimale fejl, som kan have en katastrofal effekt på et materiales ydeevne.

"Vi opdagede egenskaber, der ikke var tydelige i krystal, eller bulk, form, men i tyndfilmform kunne vi tydeligt se den atomordnede gitterstruktur af lanthan cobaltit, "Sagde Lee." Med denne viden, vi håber at kunne skræddersy et materiales fysiske egenskaber til mange informations- og energiteknologier. "

Forskerne studerede materialet i forskellige belastningstilstande ved hjælp af scanningstransmissionselektronmikroskopi suppleret med røntgen og optisk spektroskopi. Ved hjælp af disse instrumenter, forskerne kunne se ukonventionel stamme-afslapningsadfærd, der frembragte striplignende gittermønstre. Resultatet er et materiale med nyttige magnetiske egenskaber og meget velegnet til sensorer og ioniske ledere, der bruges i, for eksempel, batterier.

Denne opdagelse og evnen til at konstruere materialets struktur kan føre til avancerede katodematerialer i brændselsceller i fastoxid og batterier, der kan oplades meget hurtigere.

"Da koboltitter er lovende kandidater til magnetiske sensorer, ioniske ledere og overfladekatalysatorer, denne opdagelse giver en ny forståelse, der kan bruges til kunstig tuning af magnetisme og ioniske aktiviteter, "Sagde Lee.