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创造出工程应变的量子设备!得益于符合三维曲线的二维晶体

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  美国能源部橡树岭国家实验室科学家们领导的一个团队探索二维(2d)晶体如何在三维物体上生长,以及这些物体的曲率如何拉伸和拉伸晶体。

该研究发表在《科学进展》(ScienceAdvances)上,指出了一种直接在原子薄晶体生长过程中产生工程菌株的策略,该过程旨在制造用于量子信息处理的单光子发射器。该团队首先探索了具有尖锐台阶和凹槽图案的基板上的平面晶体的生长。

令人惊讶的是,这些晶体沿着这些平坦的障碍物上下生长而不改变它们的性质或生长速率。然而,曲面需要晶体在生长期间拉伸以保持其晶体结构。这种二维晶体为三维生长提供了一个迷人的机会。小凯与ORNL同事David Geohegan和博士后研究员王凯(现在英特尔)共同构思了这项研究并说:你可以通过设计允许晶体生长的物体来控制。施加在晶体上的应变应变是一种为单个光子发射器制造“热点”的方法。

(Boco Park - 插图)使用扫描电子显微镜(底部)和原子力显微镜(中间)图像元件在SiO2衬底上生长抗应变三角形单层WS2晶体。如图所示,圆柱体的曲率在覆盖晶体上引起应变,局部地改变它们的光电特性,在明亮的光致发光区域(顶部)。图片:ChristopherRouleau/OakRidgeNationalLaboratory,USDept.ofEnergy

预期三维物体上的完美二维晶体的共形生长将使应变局部化,从而产生高保真单光子发射器阵列。晶格的拉伸或压缩改变了材料的带隙,即电子的价带和导带之间的能隙,这在很大程度上决定了材料的光电子性质。利用应变工程,研究人员可以准确地将漏斗形载体重新组装到晶体中的所需位置,而不是随机缺陷位置。通过切割弯曲物体并测量光学性质的变化来调整晶体的坐标,莱斯大学理论家Henry Yu,Nitan Gupta和Boris Yakubson的共同作者模拟并绘制曲率如何在晶体生长期间引起应变。

在ORNL,Wang和Xiao以及Bernadeta Srijanto设计了实验,以探索纳米形光刻阵列上二维晶体的生长。 Srijanto首先使用光刻掩模在照射下保护氧化硅表面的某些区域,然后蚀刻掉暴露的表面,留下垂直竖立的形状,包括甜甜圈,锥体和台阶。 Wang和另一位博士后研究员李旭凡(现在在本田研究所工作)将基板放入炉中,其中氧化钨和硫气化,在基板上沉积二硫化钨,形成单层晶体。这些晶体以有序原子晶格的形式生长在完美的三角形瓷砖中。随着时间的推移,一排原子被添加到瓷砖的外边缘,并且瓷砖变得更大。

当二维晶体看起来在具有高台阶和尖锐凹槽的纸张上毫不费力地折叠时,在弯曲物体上的生长迫使晶体伸展以保持其三角形形状。科学家发现,40纳米高的“甜甜圈”是单光子发射器的理想选择,因为晶体能够可靠地承受它们所诱导的应变,同时测量光致发光和拉曼散射的位移,最大应变是准确的。地面位于甜甜圈的“洞”。将来,在晶体生长之前需要任何量子发射器的地方,可以对甜甜圈或其他结构阵列进行图案化。

甜甜圈上的成长速度。经过对这些图像的仔细分析,我惊讶地发现了。虽然这些晶体保持完美的形状,但由甜甜圈拉伸的晶体边缘生长得更快。为了解释这种加速度,Puretzky开发了一种晶体生长模型,同事MinaYoon进行了第一性原理计算。研究表明,有可能改变晶体生长边缘的缺陷。这些缺陷可以使沿边缘生长的晶种成核位点倍增,使它们比以前更快地生长。

晶体很容易在深沟中上下生长,但浅甜甜圈收紧的原因与稠度和曲率有关。想象一下包装礼品,盒子很容易包装,因为纸张可以根据形状折叠。然而,不规则形状的弯曲物体,例如未装箱的杯子,不能以正面形状包装(为了避免撕裂纸张,您必须能够像塑料包装一样拉伸纸张)。还可以拉伸二维晶体以符合基板的曲线。然而,原子力显微镜和其他技术已经表明最终的应变太大,晶体分裂并且应变不能释放。在晶体破裂后,仍处于应变状态的材料将沿不同方向生长。

在南京航空航天大学,胡志立对晶体分支进行了相场模拟。 ORNL的Xiang Gao(音译)和Tian Mengkun(以前称为田纳西大学)通过扫描透射电子显微镜分析了晶体的原子结构。结果为我们提供了一个令人兴奋的机会,可以将2D材料垂直整合到下一代电子设备的3D空间中。接下来,研究人员将探索应变是否可以改善定制材料的性能,并探索晶体的应变如何使其更容易启动相变,从而赋予晶体全新的特性。在纳米材料中心,科学家正在开发我们的工具来检测这些结构及其量子信息。

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博科公园

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2019.07.2411: 48

字数1627

由美国能源部橡树岭国家实验室的科学家领导的一个小组探讨了二维(2d)晶体如何在三维物体上生长,以及这些物体的曲率如何拉伸和拉伸晶体。

该研究发表在《科学进展》(ScienceAdvances)上,指出了一种直接在原子薄晶体生长过程中产生工程菌株的策略,该过程旨在制造用于量子信息处理的单光子发射器。该团队首先探索了具有尖锐台阶和凹槽图案的基板上的平面晶体的生长。

令人惊讶的是,这些晶体沿着这些平坦的障碍物上下生长而不改变它们的性质或生长速率。然而,曲面需要晶体在生长期间拉伸以保持其晶体结构。这种二维晶体为三维生长提供了一个迷人的机会。小凯与ORNL同事David Geohegan和博士后研究员王凯(现在英特尔)共同构思了这项研究并说:你可以通过设计允许晶体生长的物体来控制。施加在晶体上的应变应变是一种为单个光子发射器制造“热点”的方法。

(Boco Park - 插图)使用扫描电子显微镜(底部)和原子力显微镜(中间)图像元件在SiO2衬底上生长抗应变三角形单层WS2晶体。如图所示,圆柱体的曲率在覆盖晶体上引起应变,局部地改变它们的光电特性,在明亮的光致发光区域(顶部)。图片:ChristopherRouleau/OakRidgeNationalLaboratory,USDept.ofEnergy

预期三维物体上的完美二维晶体的共形生长将使应变局部化,从而产生高保真单光子发射器阵列。晶格的拉伸或压缩改变了材料的带隙,即电子的价带和导带之间的能隙,这在很大程度上决定了材料的光电子性质。利用应变工程,研究人员可以准确地将漏斗形载体重新组装到晶体中的所需位置,而不是随机缺陷位置。通过切割弯曲物体并测量光学性质的变化来调整晶体的坐标,莱斯大学理论家Henry Yu,Nitan Gupta和Boris Yakubson的共同作者模拟并绘制曲率如何在晶体生长期间引起应变。

在ORNL,Wang和Xiao以及Bernadeta Srijanto设计了实验,以探索纳米形光刻阵列上二维晶体的生长。 Srijanto首先使用光刻掩模在照射下保护氧化硅表面的某些区域,然后蚀刻掉暴露的表面,留下垂直竖立的形状,包括甜甜圈,锥体和台阶。 Wang和另一位博士后研究员李旭凡(现在在本田研究所工作)将基板放入炉中,其中氧化钨和硫气化,在基板上沉积二硫化钨,形成单层晶体。这些晶体以有序原子晶格的形式生长在完美的三角形瓷砖中。随着时间的推移,一排原子被添加到瓷砖的外边缘,并且瓷砖变得更大。

当二维晶体看起来在具有高台阶和尖锐凹槽的纸张上毫不费力地折叠时,在弯曲物体上的生长迫使晶体伸展以保持其三角形形状。科学家发现,40纳米高的“甜甜圈”是单光子发射器的理想选择,因为晶体能够可靠地承受它们所诱导的应变,同时测量光致发光和拉曼散射的位移,最大应变是准确的。地面位于甜甜圈的“洞”。将来,在晶体生长之前需要任何量子发射器的地方,可以对甜甜圈或其他结构阵列进行图案化。

甜甜圈上的成长速度。仔细分析这些图像后,令人惊讶地发现,虽然晶体保持了完美的形状,但是由甜甜圈收紧的晶体边缘生长得更快。为了解释这种加速度,Puretzky开发了一种晶体生长模型,同事MinaYoon进行了第一性原理计算。研究表明,有可能改变晶体生长边缘的缺陷。这些缺陷可以使沿边缘生长的晶种成核位点倍增,使它们比以前更快地生长。

晶体很容易在深沟中上下生长,但浅甜甜圈收紧的原因与稠度和曲率有关。想象一下包装礼品,盒子很容易包装,因为纸张可以根据形状折叠。然而,不规则形状的弯曲物体,例如未装箱的杯子,不能以正面形状包装(为了避免撕裂纸张,您必须能够像塑料包装一样拉伸纸张)。还可以拉伸二维晶体以符合基板的曲线。然而,原子力显微镜和其他技术已经表明最终的应变太大,晶体分裂并且应变不能释放。在晶体破裂后,仍处于应变状态的材料将沿不同方向生长。

在南京航空航天大学,胡志立对晶体分支进行了相场模拟。 ORNL的Xiang Gao(音译)和Tian Mengkun(以前称为田纳西大学)通过扫描透射电子显微镜分析了晶体的原子结构。结果为我们提供了一个令人兴奋的机会,可以将2D材料垂直整合到下一代电子设备的3D空间中。接下来,研究人员将探索应变是否可以改善定制材料的性能,并探索晶体的应变如何使其更容易启动相变,从而赋予晶体全新的特性。在纳米材料中心,科学家正在开发我们的工具来检测这些结构及其量子信息。

由美国能源部橡树岭国家实验室的科学家领导的一个小组探讨了二维(2d)晶体如何在三维物体上生长,以及这些物体的曲率如何拉伸和拉伸晶体。

该研究发表在《科学进展》(ScienceAdvances)上,指出了一种直接在原子薄晶体生长过程中产生工程菌株的策略,该过程旨在制造用于量子信息处理的单光子发射器。该团队首先探索了具有尖锐台阶和凹槽图案的基板上的平面晶体的生长。

令人惊讶的是,这些晶体沿着这些平坦的障碍物上下生长而不改变它们的性质或生长速率。然而。曲面需要晶体在生长过程中拉伸以保持其晶体结构。这种二维晶体为三维生长提供了一个迷人的机会。小凯与ORNL同事David Geohegan和博士后研究员王凯(现在英特尔)共同构思了这项研究并说:你可以通过设计允许晶体生长的物体来控制。施加在晶体上的应变应变是一种为单个光子发射器制造“热点”的方法。

(Boco Park - 插图)使用扫描电子显微镜(底部)和原子力显微镜(中间)图像元件在SiO2衬底上生长抗应变三角形单层WS2晶体。如图所示,圆柱体的曲率在覆盖晶体上引起应变,局部地改变它们的光电特性,在明亮的光致发光区域(顶部)。图片:ChristopherRouleau/OakRidgeNationalLaboratory,USDept.ofEnergy

预期三维物体上的完美二维晶体的共形生长将使应变局部化,从而产生高保真单光子发射器阵列。晶格的拉伸或压缩改变了材料的带隙,即电子的价带和导带之间的能隙,这在很大程度上决定了材料的光电子性质。利用应变工程,研究人员可以准确地将漏斗形载体重新组装到晶体中的所需位置,而不是随机缺陷位置。通过切割弯曲物体并测量光学性质的变化来调整晶体的坐标,莱斯大学理论家Henry Yu,Nitan Gupta和Boris Yakubson的共同作者模拟并绘制曲率如何在晶体生长期间引起应变。

在ORNL,Wang和Xiao以及Bernadeta Srijanto设计了实验,以探索纳米形光刻阵列上二维晶体的生长。 Srijanto首先使用光刻掩模在照射下保护氧化硅表面的某些区域,然后蚀刻掉暴露的表面,留下垂直竖立的形状,包括甜甜圈,锥体和台阶。 Wang和另一位博士后研究员李旭凡(现在在本田研究所工作)将基板放入炉中,其中氧化钨和硫气化,在基板上沉积二硫化钨,形成单层晶体。这些晶体以有序原子晶格的形式生长在完美的三角形瓷砖中。随着时间的推移,一排原子被添加到瓷砖的外边缘,并且瓷砖变得更大。

当二维晶体看起来在具有高台阶和尖锐凹槽的纸张上毫不费力地折叠时,在弯曲物体上的生长迫使晶体伸展以保持其三角形形状。科学家发现,40纳米高的“甜甜圈”是单光子发射器的理想选择,因为晶体能够可靠地承受它们所诱导的应变,同时测量光致发光和拉曼散射的位移,最大应变是准确的。地面位于甜甜圈的“洞”。将来,在晶体生长之前需要任何量子发射器的地方,可以对甜甜圈或其他结构阵列进行图案化。

甜甜圈上的成长速度。仔细分析这些图像后,令人惊讶地发现,虽然晶体保持了完美的形状,但是由甜甜圈收紧的晶体边缘生长得更快。为了解释这种加速度,Puretzky开发了一种晶体生长模型,同事MinaYoon进行了第一性原理计算。研究表明,有可能改变晶体生长边缘的缺陷。这些缺陷可以使沿边缘生长的晶种成核位点倍增,使它们比以前更快地生长。

晶体很容易在深沟中上下生长,但浅甜甜圈收紧的原因与稠度和曲率有关。想象一下包装礼品,盒子很容易包装,因为纸张可以根据形状折叠。然而,不规则形状的弯曲物体,例如未装箱的杯子,不能以正面形状包装(为了避免撕裂纸张,您必须能够像塑料包装一样拉伸纸张)。还可以拉伸二维晶体以符合基板的曲线。然而,原子力显微镜和其他技术已经表明最终的应变太大,晶体分裂并且应变不能释放。在晶体破裂后,仍处于应变状态的材料将沿不同方向生长。

在南京航空航天大学,胡志立对晶体分支进行了相场模拟。 ORNL的Xiang Gao(音译)和Tian Mengkun(以前称为田纳西大学)通过扫描透射电子显微镜分析了晶体的原子结构。结果为我们提供了一个令人兴奋的机会,可以将2D材料垂直整合到下一代电子设备的3D空间中。接下来,研究人员将探索应变是否可以改善定制材料的性能,并探索晶体的应变如何使其更容易启动相变,从而赋予晶体全新的特性。在纳米材料中心,科学家正在开发我们的工具来检测这些结构及其量子信息。