Ученые впервые получили изображение направленных атомных колебаний
Ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне вместе с зарубежными партнерами создали инновационный способ электронной микроскопии. Он позволяет визуализировать вибрации, называемые фононами, в конкретных направлениях на уровне отдельных атомов, пишет Phys.org.
В большинстве кристаллических веществ атомы совершают колебания неоднородно в зависимости от направления. Такое явление, называемое вибрационная анизотропия, существенно определяет диэлектрические, теплопроводные и сверхпроводящие характеристики материала. Понимание природы этой особенности открывает путь к созданию новых материалов, востребованных в сфере электроники, полупроводников, оптики и квантовых технологий.
Ученые применили разработанную ими технологию электронной микроскопии EELS для исследования свойств титанатов стронция и бария — перовскитоподобных оксидов, обладающих различными термоэлектрическими, оптическими, пьезоэлектрическими и сегнетоэлектрическими характеристиками. Анализируя атомные колебания послойно в заданных направлениях, специалисты обнаружили специфическое поведение акустических и оптических фононов в каждом материале.
«Нестандартные анизотропные колебания приводят к результатам, радикально отличающимся от тех, что получаются при измерениях полнокристаллических кристаллов, интегрально усредненных по всему спектру энергий», — подчеркивает соавтор исследования, профессор инженерии и материаловедения Калифорнийского университета в Ирвайне Сяоцин Пань.
Коллективные атомные колебания внутри кристалла подвержены изменениям на атомном уровне, зависящим от типа атома и его расположения, что противоречит классической теории равномерного распределения волновой функции фононов. По словам профессора, новая методика обеспечивает возможность детального анализа вибрационной анизотропии с уникальным уровнем точности как в пространстве, так и в энергетическом диапазоне.
Таким образом, предложенная специалистами технология создает основу для дальнейшего изучения ключевых явлений, связанных с колебательными свойствами атомов. К ним относятся сегнетоэлектрический фазовый переход, природа сегнетоэлектричества и вклад кислорода в формирование электрон-фононных взаимодействий в высокотемпературных сверхпроводящих соединениях.
Тем временем российские ученые визуализировали белок японского угря. Рассказали, как и зачем они это сделали.
