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分子束外延設施設計定制材料科學家

Published on December 8, 2010 at 6:50 AM

登月艙分子束外延(MBE)所使用的儀器看起來像一點點,與細長的金屬腿餵養成一個大的圓柱筒。但這種設備是沒有月亮為首的深入研究分子,而是幫助科學家工藝新材料層由一層近原子精度。

能源部(DOE)阿貢國家實驗室的美國能源部,在位於的分子束外延設備,可以提供新材料的基礎上,以提高燃料電池,電子產品和電池。

阿貢國家實驗室的研究人員阿南德查亞(左)和Tiffany桑托斯側翼的分子束外延儀器,設計工藝與材料接近原子精度。

“這是一個發現和合成材料的新時代的黎明,阿南德說:”查亞,阿貢國家實驗室的物理學家是誰設計的儀器。 “在右邊的手,它真的可以改變材料科學的原則,材料,我們也許能夠使我們的想像只能通過有限。”

儀器在阿貢國家實驗室的納米材料中心的基礎上,最近成為提供給世界各地的科學家提交機上的時間的建議。蒂芙尼桑托斯,誰負責用戶的科普活動,阿貢國家實驗室的科學家說,在建的十幾個研究迄今已審查一切從催化到超導。

例如,桑托斯和同事們正在創建可以與一個電場控制的磁學性質的材料。今天的電腦和其他數碼設備上的硬盤驅動器和記憶卡存儲數據,其中需要用磁場控制的組件。 “這是緩慢的,也浪費能源,”桑托斯說。 “當一台計算機是關閉的,它需要一個漫長的的啟動時間,當你重新打開它,因為它的電容需要充電以恢復記憶。”

最終目標是要完善系統的非易失性內存,也就是說,一個數據仍然存儲系統,即​​使在設備關閉。桑托斯解釋說,“我們可以通過使用電場來控制磁體,”“這是比磁場的地方,它也將允許我們,使設備的體積更小,更高效。

“這將是一個巨大的突破,以消除磁場,”桑托斯說。 :“這一切,但消除開機時間,設備也會消耗更少的能源,we'd消除浪費能源的充電電容的熱負荷。”

創建以新的方式,將功能的材料,分子束外延儀器設計的原因。本機可以時尚超晶格,或原子尖銳接口的材料層。它也可以創建高品質的薄膜,保持,借給其獨特的性能材料的晶體結構。

桑托斯說,“”分層允許您尋找新的屬性,使不同層次之間的尖銳接口,使他們能夠以獨特的方式相互影響。

該設備是環紋罐,每個都包含不同的純金屬,可加熱到超過華氏 2500度,這麼熱,他們實際上蒸發。蒸發的金屬原子束射成一個超高真空下的中央室。在那裡,它滿足不同的金屬橫梁,點擊基板,並與氧氣發生反應,形成一個完美結構的結晶層的複合。然後,科學家們可以重複的過程中添加更多的層。

阿貢國家實驗室的機器也是與金屬發生反應,而不是單純的氧氣(O2),在其使用的臭氧(O3),是獨一無二的。 “臭氧反應,這意味著,債券更容易與金屬,”桑托斯解釋說。 “這使得在完成複合缺陷少。”

因為它是一個新的領域,設計定制的材料需要的理論工作和一個小技巧,科學家們說。 “像任何好的廚師會告訴你,你可以放養最好的茶水,”查亞說,“但最好的廚師,將選擇最簡單的成分,很壯觀的東西。”

發表於2010年12月 8日,

Last Update: 8. October 2011 06:44

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