材料內部直接觀察到運動原子
- 發佈時間：2014-10-15 01:29:52 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 （記者房琳琳）美國能源部田納西州橡樹嶺國家實驗室的研究人員，第一次直接在大塊材料的內部觀察到原子的擴散現象。這項研究可被用來對新材料的有效期和特性等，進行史無前例的洞察研究，相關成果發佈在最新的《物理評論快報》雜誌上。
“這是首次直接觀察到單個摻雜劑原子在材料內部四處遊移。”范德比特大學的羅賓·米什拉説，他目前在橡樹嶺國家研究室材料科技分部做訪問學者。傳統意義上，通過非肉眼觀測或理論計算等方式，可以對原子擴散現象進行研究，而單原子擴散顯現在材料的表面也被直接觀察到過。但直接觀察到內部原子的運動尚屬首次。
組成現代電子器件的最基本物質是半導體，它通常需要摻雜一些其他原子，從而改變特性以適應特殊需求。對摻雜的原子以及它們在一塊基質晶格中移動或擴散的研究，成為材料科學中一個重要的基礎性課題。
據物理學家組織網10月14日（北京時間）報道，“擴散現象掌控著摻雜劑如何進入到材料中，以及摻雜劑如何運動。”論文另一作者安德魯·魯皮尼説，“選擇何種摻雜劑來保證器件持續更長壽命？我們這項研究能幫助做出戰略性的決定。”新研究可以直接應用在基礎材料的設計上，諸如在節能LED光源技術中，摻雜劑的使用可以影響顏色，而原子運動可能決定失效模式。
此外，這次實驗還令人吃驚地用理論計算方法預測出，氮化鋁中摻雜的鈰原子，比摻雜的錳原子運動要快。令人吃驚之處在於，鈰原子比錳原子要大一些。“大的、更重一些的原子運動速度快於小的、更輕的原子，這太反常了。”魯皮尼説。
事實正是如此。研究人員用一台掃描投射電子顯微鏡觀察作為摻雜劑的鈰原子和錳原子的擴散過程。捕獲的圖像顯示，大一些的鈰原子穩定地擴散到材料中，而更小的錳原子仍然膠著在原地。
總編輯圈點
少量雜質摻進另一種材料，就像一條泥鰍掉進池塘，你知道它在那兒，但不知道它在哪兒。美國科學家想出的辦法，讓目標原子能留在視野內，就像安裝了發射器的大象，在非洲草原上怎麼也跑不丟。自從列文虎克以來，顯微技術一直在加速進步；近二十年，新儀器更是噴涌而出。一週前諾貝爾化學獎就頒給了超限顯微技術。微觀世界的絲毫異動，今後更難逃人類的炯炯神目。
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