Ученые впервые получили изображение направленных атомных колебаний

Новый подход в электронной микроскопии позволяет наблюдать вибрации атомов и создавать усовершенствованные материалы. Рассказываем, как он работает.

Ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне вместе с зарубежными партнерами создали инновационный способ электронной микроскопии. Он позволяет визуализировать вибрации, называемые фононами, в конкретных направлениях на уровне отдельных атомов, пишет Phys.org.

В большинстве кристаллических веществ атомы совершают колебания неоднородно в зависимости от направления. Такое явление, называемое вибрационная анизотропия, существенно определяет диэлектрические, теплопроводные и сверхпроводящие характеристики материала. Понимание природы этой особенности открывает путь к созданию новых материалов, востребованных в сфере электроники, полупроводников, оптики и квантовых технологий.

Ученые применили разработанную ими технологию электронной микроскопии EELS для исследования свойств титанатов стронция и бария — перовскитоподобных оксидов, обладающих различными термоэлектрическими, оптическими, пьезоэлектрическими и сегнетоэлектрическими характеристиками. Анализируя атомные колебания послойно в заданных направлениях, специалисты обнаружили специфическое поведение акустических и оптических фононов в каждом материале.

«Нестандартные анизотропные колебания приводят к результатам, радикально отличающимся от тех, что получаются при измерениях полнокристаллических кристаллов, интегрально усредненных по всему спектру энергий», — подчеркивает соавтор исследования, профессор инженерии и материаловедения Калифорнийского университета в Ирвайне Сяоцин Пань.