실에 매달려: 단일 원자의 이미징 및 조사: 과학자들은 단원자 사슬을 시각화하고 단일 원자 결합의 강도와 전도도를 측정하는 방법을 개발합니다

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(왼쪽) 기술의 개략도. 백금 (Pt) 원자 사슬과 같은 나노 물질의 강성은 석영 크리스탈로 만든 LER (length-extension resonator)를 사용하여 측정 할 수 있습니다. 사슬의 원자 구조는 투과 전자 현미경 (TEM)을 사용하여 관찰 할 수 있습니다. 우리는 Pt 단일 원자 사슬의 원자 결합 강도가 25N / m로 벌크 값 (20N / m)보다 높다는 것을 발견했습니다. (오른쪽) 단원 자 Pt 체인의 실험 및 시뮬레이션 된 TEM 이미지와 스트레칭 중 전기 전도도 및 강성의 시간 변화. 최대 변형률은 평균 24 %였습니다. 신용 요시후미 오시마

(왼쪽) 기술의 개략도. 백금 (Pt) 원자 사슬과 같은 나노 물질의 강성은 수정 결정으로 만든 길이 확장 공진기 (LER)를 사용하여 측정 할 수 있습니다. 사슬의 원자 구조는 투과 전자 현미경 (TEM)을 사용하여 관찰 할 수 있습니다. 우리는 Pt 단일 원자 사슬의 원자 결합 강도가 25N / m로 벌크 값 (20N / m)보다 높다는 것을 발견했습니다. (오른쪽) 단원 자 Pt 체인의 실험 및 시뮬레이션 된 TEM 이미지와 스트레칭 중 전기 전도도와 강성의 시간 변화. 최대 변형률은 평균 24 %였습니다. 신용
요시후미 오시마

요약 :
오늘날 전자 및 촉매와 같은 다양한 분야에서 잘 연구 된 많은 재료가 실제 한계에 거의 도달했습니다. 현대 기술을 더욱 향상시키고 최첨단 장치를 능가하기 위해 새로운 기능성 재료를 찾는 연구자들은 한계를 뛰어 넘고 더 극단적 인 사례를 탐구해야합니다. 이에 대한 명확한 예는 단원 자 층 (2D 재료) 및 단원 자 사슬 (1D 재료)과 같은 저 차원 재료에 대한 연구입니다.

실로 매달 기 : 단일 원자의 사슬 이미징 및 프로빙 : 과학자들은 단일 원자 사슬을 시각화하고 단일 원자 결합의 강도와 전도도를 측정하는 방법을 개발했습니다.

이시카와, 일본 | 게시일 : 14 년 2021 월 XNUMX 일

저 차원 재료가 3D 벌크 대응 물에는없는 이국적인 특성을 나타낸다는 것이 여러 번 증명되었습니다. 예를 들어, 금과 백금 (Pt)과 같은 금속의 단일 원자 사슬은 실제 응용을 찾을 수있는 방식으로 자기 질서 또는 열 전달과 같은 특정 양자 현상의 기여를 나타낼 수 있습니다. 그러나 XNUMX 개 이하의 원자로 구성된 단일 원자 사슬에서 일어나는 일을 실험적으로 관찰하는 것은 매우 어렵고 단일 원자 결합의 기계적 특성은 여전히 파악하기 어렵습니다.

이 문제를 해결하기 위해 일본 JAIST (Japan Advanced Institute of Science and Technology)의 Yoshifumi Oshima 교수가 이끄는 연구 그룹은 개별 원자 결합의 강도를 측정하는 새롭고 유망한 기술을 개척하고 있습니다. Nano Letters에 게재되고 그들의 전략을 보여주는 그들의 최신 연구는 JAIST의 연구원들 (Dr. Zhang, Dr. Ishizuka, Prof. Tomitori, Prof. Maezono and Prof. Hongo)과 Prof. Kanazawa University의 Arai가 참여했습니다. SISSA (International School for Advanced Studies) 및 The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (ICTP)의 Tosatti 교수.

Oshima가 "미시적 나노 역학 측정 방법"이라고 명명 한이 새로운 기술은 투과 전자 현미경 (TEM)과 석영 길이 확장 공진기 (LER)를 결합합니다. TEM은 엄청나게 높은 공간 분해능 (개별 원자를 식별하기에 충분한)을 가진 널리 사용되는 이미징 기술인 반면, LER는 XNUMX 조 분의 XNUMX 미터의 매우 작은 진폭에서 진동 할 수 있고 힘 센서 역할을하는 장치입니다.

연구진은 작은 Pt 접합이 절대적인 절단 점, 즉 두 개의 Pt 조각이 25 ~ 20 개의 원자로 구성된 단일 원자 사슬로 연결되는 실험 장치를 고안했습니다. TEM에서 조각을 조심스럽게 정렬함으로써 그들은 실시간으로 단일 원자 Pt 사슬의 형성과 파괴를 관찰했습니다. 또한 석영 LER를 사용하여 체인 전반의 전도도와 강성을 측정했으며, 이로부터 개별 Pt 결합의 강도가 성공적으로 계산되었습니다. “단원 자 Pt 사슬에서 24 N / m의 결합 강도가 특히 벌크 Pt 결정에서 일반적으로 발견되는 5 N / m에 비해 현저히 높다는 것을 발견했습니다.”라고 Zhang은 말합니다. "또한, 이러한 단일 원자 결합은 벌크의 Pt 원자 사이의 결합이 늘어날 수 있다는 XNUMX %와 완전히 대조적으로 규칙적인 거리의 약 XNUMX %까지 늘어날 수 있습니다."라고 그는 덧붙였습니다.

연구 결과는 저 차원 물질의 계면이나 표면을 더 잘 이해할 수 있도록 단원 자 사슬 결합을 조사하는이 새로운 기술의 잠재력을 보여줍니다. Oshima는“우리의 방법은 첨단 재료 및 촉매의 설계에 크게 기여할뿐만 아니라 표면 또는 계면 나노 역학 측면에서 나노 규모 현상에 대한 빛을 비출 수 있습니다.”라고 강조합니다. 차례로,보다 정교한 재료와 그 표면 특성에 대한 더 나은 이해는 의심 할 여지없이 전자, 화학 및 나노 기술 분야를 발전시켜 혁신적이고 희망적으로 지속 가능한 설계로가는 길을 열 것입니다.

“실에 매달려있다”라는 표현이 나노 물질 과학에서 곧 더 긍정적 인 의미를 갖게 될 가능성이 매우 높습니다!

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일본 과학 기술원 (JAIST)에 대해
1990 년 이시카와 현에서 설립 된 일본 과학 기술원 (JAIST)은 일본 최초의 독립 국립 대학원입니다. 30 년의 꾸준한 발전 끝에 JAIST는 일본 최고의 대학 중 하나가되었습니다. JAIST는 여러 위성 캠퍼스를 고려하며 다양성이 핵심 인 최첨단 교육 시스템으로 유능한 리더를 육성하기 위해 노력합니다. 졸업생의 약 40 %가 유학생입니다. 이 대학은 학생들이 최첨단 연구를 수행 할 수있는 견고한 기반을 갖출 수 있도록 신중하게 설계된 교과 과정 중심의 커리큘럼을 기반으로하는 독특한 스타일의 대학원 교육을 제공합니다. JAIST는 또한 산학 공동 연구를 촉진하여 지역 및 해외 커뮤니티와 긴밀히 협력합니다.

일본 과학 기술 연구소의 오시마 요시후미 교수 소개

Yoshifumi Oshima는 박사 학위를 받았습니다. 1995 년부터 2010 년까지 조교수로 근무한 일본 도쿄 공업 대학 석사 학위. 2014 년에 JAIST에 부교수로 입사하여 2018 년에 정교수가되었습니다. 현재 박막 표면 및 인터페이스, 고체 물리학, 나노 물질 및 나노 접촉 물리학을 전문으로하는 Oshima Lab을 이끌고 있습니다. 그는 약 200 편의 논문을 출판했으며 두 권의 책을 저술했습니다.

자금 정보

이 작업은 JSPS KAKENHI (부여 번호 18H01825 및 18H03879)에 의해 지원되었습니다. 이 작업의 계산은 JAIST 고급 컴퓨팅 인프라 연구 센터의 시설을 사용하여 수행되었습니다. Jiaqi Zhang은 일본 과학 학회의 Sasakawa 과학 연구 보조금과 Marubun Research Promotion Foundation의 교환 연구 보조금 프로젝트의 재정 지원을 인정합니다. Erio Tosatti는 PRIN UTFROM N. 834402PZCB20178를 통해 ERC ULTRADISS 계약 번호 5와 이탈리아 대학 및 연구부의 지원을 인정합니다.

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연락처 :
요시후미 오시마
81-761-511

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