2021年1月12
由明尼苏达大学双子城分校的研究人员领导的一个团队发现了一种开创性的一步法，可以创造具有独特属性的材料，称为超材料。亚博网站下载
他们的结果表明，设计类似的自组装结构具有现实的可能性，并有可能创建“按顺序”的纳米结构，在电子和光学器件中广泛应用。
这项研究发表了，并登上了杂志的封面纳米快报美国化学学会(American Chemical Society)出版的同行评议科学杂志。
一般来说，超材料是在实验室中制造亚博网站下载的材料，以提供在自然材料中不可能找到的特定的物理、化学、电学和光学特性。
这些材料具有亚博网站下载独特的性能，使其成为从光学滤光片、医疗设备到飞机隔音和基础设施监测等各种应用的理想材料。
通常这些纳米级材料是在专门的洁净室环境中经过数天或亚博网站下载数周的多步骤制造过程精心制造出来的。
在这项新研究中，明尼苏达大学的一个研究小组正在研究一种名为锡酸锶(SrSnO3)的薄膜材料。在他们的研究中，他们注意到在纳米尺度上棋盘状图案的惊人形成，类似于在昂贵的多步骤过程中制造的超材料结构。
“起初，我们认为这肯定是一个错误，但很快意识到，周期图案是同一材料的两相的混合物，具有不同的晶体结构。”该研究的资深作者、明尼苏达大学化学工程和材料科学系的Shell主席、材料合成专家巴拉特·贾兰说。亚博网站下载亚博老虎机网登录
“在咨询了明尼苏达大学、佐治亚大学和纽约城市大学的同事后，我们意识到，我们可能发现了一些非常特别的东西，可能有一些独特的应用。”
当物质从一种状态转变为另一种状态时，它自发地组织成一种有序的结构。在所谓的一级结构相变“在这个过程中，材料进入了混合阶段，系统的一些部分完成了过渡，其他部分没有。
“这些纳米尺度的周期性图案是这种材料的一级结构相变的直接结果，”明尼苏达大学航空航天工程和力学教授理查德·詹姆斯说。詹姆斯是这项研究的合著者之一，也是麦克奈特大学杰出教授。“我们的工作首次为利用纳米电子和光子系统的可逆结构相变提供了多种可能性。”
事实上，该团队展示了一种有史以来首次的、自组装的、可调谐的纳米结构，只需一步就可以制造出超材料的过程。亚博网站下载
研究人员能够利用温度和激光波长在单个薄膜中调整存储电荷特性的能力。他们有效地创造了一种可变光子晶体材料，效率高达99%。
利用高分辨率电子显微镜，研究人员证实了这种材料的独特结构。
“我们观察到，这些晶体相之间的边界在原子尺度上非常清晰，这对于自组装过程来说是非常显著的，”该研究的合著者、高级电子显微镜专家、明尼苏达大学化学工程和材料科学系Ray D.和Mary T. Johnson/Mayon塑料主席Andre Mkhoyan教授说。亚博网站下载亚博老虎机网登录
研究人员现在正在展望他们的发现在光学和电子设备上的未来应用。
“当我们开始这项研究时，我们从未想过这些应用。我们的动力来自于对材料物理的基础研究。”道路说。“现在，突然之间，我们似乎打开了一个全新的研究领域，这是由许多新的和令人兴奋的应用可能性驱动的。”
除了Jalan，该团队还包括明尼苏达大学的研究人员Abhinav Prakash、Ashley Bucsek、Tianqi Wang、Tristan K. Truttmann、Hwanhui Yun、K. Andre Mkhoyan和Richard James;佐治亚大学研究人员Alireza Fali和Yohannes Abate;纽约城市大学研究人员Michele Cotrufo和Andrea Alù;阿贡国家实验室研究人员Jong-Woo Kim和Philip J. Ryan。
这项研究主要由美国国家科学基金会(NSF)和美国空军科学研究办公室(AFOSR)资助，另外还得到了明亚博老虎机网登录尼苏达大学环境研究所、挪威百年主席计划和两项Vannevar Bush教员奖学金的支持。
明尼苏达大学涉及薄膜表征的工作得到了美国能源部的支持。部分研究是在明尼苏达大学的明尼苏达纳米中心和表征设施进行的，该设施部分由美国国家科学基金会资助。亚博老虎机网登录其他工作在先进光子源完成，这是美国能源部科学办公室的一个科学用户设施，由阿贡国家实验室运作。亚博老虎机网登录
要阅读题为“使用马氏体相变的自组装周期性纳米结构”的研究论文全文，请访问ACS出版物网站。
来源:https://twin-cities.umn.edu/