我国学者在“可视化”原子尺度制备研究方面取得进展
日期 2021-08-14  来源:数理科学部   作者:姜向伟 张诗按 齐静波 倪培根

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图1借助电场调控原子扩散获得两种不同异质结构的原位制备过程

  在国家自然科学基金项目(批准号:11525415,61601116,51420105003)等资助下,东南大学孙立涛教授团队在“可视化”原子尺度制备研究方面取得进展。研究成果以“通过调控原子扩散实现不同异质结构的原位制备(Tailoring atomic diffusion for in situ fabrication of different heterostructures)”为题,于2021年8月10日在《自然·通讯》(Nature Communications)在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-25194-2。

  具有优异性能的异质纳米结构对于新型电子器件的开发与制造尤为重要。扩散被认为是制备异质纳米结构的主要技术方法,然而现有方法很难实现原子尺度扩散的精准调控,也很难实现单一异质纳米结构的可控合成,这严重制约了未来纳米器件的制造精度与制造水平。

  针对以上问题,孙立涛教授研究团队发展了一种基于原位透射电子显微技术的“可视化”原子尺度制备方法,通过电场调控实现了同一体系两种不同异质结构纳米单体(核壳结构和分段异质结构)的原位制备(图1)。与传统制备方法相比,不但制备的可控性好,整个制备过程还实现了原子尺度上的实时观测,原子的扩散迁移机制和结构相变过程等一目了然。该方法通过电场方向控制原子发生定向扩散的方向,焦耳热引起的温度变化调控原子扩散方式(表面扩散或体扩散),从而制备不同异质结构的纳米单体。该研究成果表明电场调节原子扩散是一种可控制备单一异质纳米结构的有效方法,同时也有助于更好地理解材料间原子扩散方向和扩散方式的微观驱动力和相关机制,让原子尺度制备方法更精准、更可控。

  “可视化”原子尺度制备是孙立涛研究团队提出的基于原位电子显微学技术,集力、电、光、热等多种加工手段于一体,实现原子尺度下材料与器件的精准制造与实时表征的新方法,不但可以直接揭示原子制备过程中的新原理、新机制,对实现稳定、可控的原子尺度制造也具有重要推动作用。