Используя недавно разработанные методы электронной микроскопии, исследователи из Калифорнийского университета, Ирвина и других учреждений впервые измерили спектры фононов – квантово-механических колебаний в решетке – в отдельных кристаллических дефектах и обнаружили распространение фононов возле дефектов. Выводы команды являются предметом исследования, недавно опубликованного в журнале Nature.
«Точечные дефекты, дислокации, дефекты упаковки и границы зерен часто встречаются в кристаллических материалах, и эти дефекты могут иметь значительное влияние на теплопроводность и термоэлектрические характеристики вещества», – сказал старший соавтор Сяоцин Пан, председатель совета директоров UCI Генри Самуэли. Инженер, а также профессор материаловедения и инженерии, физики и астрономии.
Он сказал, что существует множество теорий, объясняющих взаимодействие между дефектами кристалла и фононами, но мало экспериментального подтверждения из-за неспособности более ранних методов рассматривать явления с достаточно высоким пространственным и импульсным разрешением. Пан и его сотрудники подошли к проблеме, разработав новую методику колебательной спектроскопии с пространственным и импульсным разрешением в просвечивающем электронном микроскопе в Ирвинском исследовательском институте материаловедения UCI.
С помощью этого метода они смогли наблюдать отдельные дефекты в кубическом карбиде кремния, материале, который находит широкое применение в электронных устройствах.
Пан и его коллеги были знакомы с тем, как дефекты карбида кремния проявляются как дефекты упаковки, и теоретическая работа описала термоэлектрические воздействия, но теперь команда произвела прямые экспериментальные данные для характеристики взаимодействия фононов с отдельными дефектами.
«Наш метод открывает возможность изучения локальных форм колебаний при собственных и не собственных дефектах материалов», – сказал Пан, который также является директором IMRI и Центра сложных и активных материалов UCI, финансируемого Национальным научным фондом. «Мы ожидаем, что он найдет важные применения во многих различных областях, начиная от исследования межфазных фононов, вызывающих термическое сопротивление, до дефектных структур, спроектированных для оптимизации тепловых свойств материала."