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科學(xué)家成功解碼“材料基因組”,推動開發(fā)新一代半導(dǎo)體等材料

來源:科技日報 時間:2024-07-08 16:07:58

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來自原子探針的模擬二維原子圖像。圖片來源:悉尼大學(xué)


在最新一期《自然·材料》雜志上的一篇論文中,澳大利亞悉尼大學(xué)團隊報告了一種解碼“材料基因組”的新方法。該方法能檢測晶體材料原子級結(jié)構(gòu)的微小變化,提高了人們理解材料特性和行為基本起源的能力。


這一突破對于開發(fā)創(chuàng)新材料至關(guān)重要,將推動人們開發(fā)用于航空航天業(yè)的更堅固且更輕的合金、用于電子設(shè)備的新一代半導(dǎo)體以及用于電動機的改進磁鐵。


該研究利用原子探針斷層掃描(APT)技術(shù)來解開短程階(SRO)的復(fù)雜性。SRO工藝是了解局部原子環(huán)境的關(guān)鍵。SRO經(jīng)常被比作“材料基因組”,即晶體內(nèi)原子的排列或構(gòu)型。其重要性在于不同的局部原子排列會影響材料的電子、磁性、力學(xué)、光學(xué)和其他特性,這些特性對之后產(chǎn)品的安全性和功能性有極大影響。


此次研究的重點是鈷-鉻-鎳高熵合金,這類合金在高級工程應(yīng)用中非常有前途。團隊利用復(fù)雜的APT成像數(shù)據(jù),并結(jié)合先進的數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù),實現(xiàn)了以3D形式可視化原子,從而觀察和測量SRO,并比較在不同加工條件下合金的變化。


該研究為SRO如何控制關(guān)鍵材料特性研究提供了模板,也為科學(xué)家提供了一雙新“眼睛”,從而可以看到原子級架構(gòu)的微小變化,是如何導(dǎo)致材料性能的巨大飛躍的。


至關(guān)重要的是,SRO提供了詳細的原子級藍圖,增強了人們對材料行為的計算模擬、建模和最終預(yù)測的能力。


【科技日報總編輯圈點】


我們知道原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元,原子結(jié)構(gòu)影響了原子間結(jié)合方式,而原子間結(jié)合方式,最終決定了材料的種類。換句話說,原子的結(jié)構(gòu)和關(guān)系,直接影響了材料的物理和化學(xué)性質(zhì),導(dǎo)致不同材料有不同性能?,F(xiàn)在,科學(xué)家實現(xiàn)了用3D“目光”看清這種結(jié)構(gòu)關(guān)系,并解鎖了原子在多種條件下的排列變化,無疑等同于有了一把開門鑰匙,門內(nèi)則是新一代材料的美好世界。

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