科学家们用金刚石晶格监禁2 d固态氦gydF4y2Ba

一组研究人员最近在《华尔街日报》发表了一篇论文gydF4y2Ba自然通讯gydF4y2Ba证明的创建二维(2 d)固态氦使用金刚石晶格监禁的效果。gydF4y2Ba

研究:gydF4y2Ba创建二维固态氦通过钻石晶格监禁。gydF4y2Ba图片来源:数字剪纸艺术/ Shutterstock.comgydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

固态氦是宇宙中发现广泛的多态形式。固态氦形式当氦转变为典型的量子晶体和特殊的物理性质,如巨大的可塑性,超流态,其次在低温下声音。外来物质的状态和量子原子物理学可以探索稳定固态氦在二维空间中。gydF4y2Ba

然而,生产、观察,利用固态氦都相当具有挑战性的高压技术需要巩固。氦一般凝固在超过11.5 GPa压力在室温下由于其量子晶体性质。gydF4y2Ba

高温gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba他gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba离子注入。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba的示意图gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba他gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba离子注入到金刚石在高温下。gydF4y2BabgydF4y2Ba菲涅耳对比TEM图像显示焦点的氦离子注入地区(Δf =−400海里)和over-focus(Δf = + 400海里)条件。gydF4y2BacgydF4y2Ba放大菲涅耳对比TEM图像展示了氦血小板,突出的黄色箭头,在over-focus(Δf = + 200海里)条件。双光束条件gydF4y2BaggydF4y2Ba使用= 400。gydF4y2BadgydF4y2Ba选定区电子衍射模式的氦地区证实了{100}氦血小板的形成。gydF4y2BaegydF4y2BaHAADF茎形象说明了{100}氦血小板。gydF4y2BafgydF4y2Ba获得的低损耗电子能量损失谱(区域1)和关闭(区域2)血小板。gydF4y2BaggydF4y2Ba磁心损耗电子能量损失谱显示从氦离子注入碳K边缘地区和原始钻石。图片来源:林,W et al .,自然通信gydF4y2Ba

同步加速器x光技术之前使用金刚石对顶砧探讨散装固体氦和氦复合结构。此外,二维固态氦吸附在石墨表面广泛评估低于7.4 K,一个简单的模型来理解相变。然而,直接操作和观察二维固态氦在室温下没有执行直到现在由于缺少合适的高压设备。gydF4y2Ba

二维固态氦标本可以通过晶格的约束效应,氦是不溶性固体。捕获的概念氦在室温下处于凝聚状态已经评估了helium-implanted金属。此外,氦在硅也广泛调查,发现和氦nanobubbles适合硅技术。gydF4y2Ba

植入氦离子沉淀形成纳米级氦血小板时可用的职位空缺可以忽略不计氦原子的晶格的动物都是被关在一个二维结构。周围的晶格产生高静态压力,可在环境温度稳定二维固态氦。gydF4y2Ba

钻石,地球上最坚硬的物质,被认为是最合适的实现2 d固态氦作为金刚石晶格可以在氦施加足够的压力。然而,实现二维固态氦可控通过金刚石晶格监禁很难抑制辐射诱导石墨化和无定形化的晶格氦离子注入中极具挑战性。gydF4y2Ba

这样的辐照效应可以显著降低钻石刚度结构不稳定,导致低很多压力在血小板或优惠氦nanobubble形成。此外,氦在金刚石晶格扩散依然大幅有限由于强烈的和短的spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba氦保税碳结构,抑制血小板的形成。gydF4y2Ba

这项研究gydF4y2Ba

在这项研究中,研究人员创建2 d固态氦在室温下通过金刚石晶格约束效应。275 keVgydF4y2Ba^4gydF4y2Ba他gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba离子植入在钻石1573 K使用高压工程欧洲500 kV离子离子注入机。钻石是放置在一个真空室压力小于10gydF4y2Ba^{−6gydF4y2Ba}托在植入。gydF4y2Ba

铂/铂铑热电偶(Pt / Pt-Rh)被用来精确控制样品温度基于活性温度反馈。氦浓度和辐照损伤沿横截面方向被停止和预测范围的离子物质快速Kinchin-Pease模式的代码。gydF4y2Ba

研究人员进行原子水平扫描透射电子显微镜(茎),电子能量损失谱(鳗鱼)、高分辨率透射电镜成像,倾角环形暗场成像(HAADF)干细胞成像、原子水平综合微分相衬显微镜(iDPC)干细胞成像,选定区电子衍射和菲涅耳对比成像显微结构特征。gydF4y2Ba

研究者还开发了一个原子结构模型的样本。二维固态氦的晶体结构是由氦原子层插入立方金刚石。gydF4y2Ba

三个不同的间隙氦网站钻石晶格原子比率被认为是两个不同的平面和计算。氦层间间距的影响在细胞压力计算的限制也被调查。原子内部的自由为其他结构模型进行了优化。gydF4y2Ba

所有晶格参数和原子位置完全放松只为最初的钻石调节血小板在金刚石晶格使用氦在密度泛函理论(DFT)计算。gydF4y2Ba

证据二维固态氦局限的钻石。gydF4y2Ba一个gydF4y2BaiDPC干细胞图像(上)和相应的模拟原子结构(低)的原始金刚石沿[011]晶带轴。iDPC干细胞图像(上)和相应的模拟原子结构(低)的钻石包含二维固态氦从(gydF4y2BabgydF4y2Ba)[011],(gydF4y2BacgydF4y2Ba)[0gydF4y2Ba1gydF4y2Ba1)和(gydF4y2BadgydF4y2Ba)[001]区轴。蓝色箭头强调氦血小板金刚石晶格的限制。顶部和底部金刚石晶格中包括模拟原子结构。图片来源:林,W et al .,自然通信gydF4y2Ba

观察gydF4y2Ba

二维固态氦原子结构可视化和操纵控制在环境温度由于使用的金刚石晶格。相关的问题与氦离子的金刚石晶格监禁解决通过增加氦离子注入温度1573 K,同时改善了氦扩散率和点缺陷复合金刚石晶格。gydF4y2Ba

二维固态氦导致独特的金刚石晶格应变工程响应,从而促进金刚石用可调隙字符设备的发展和潜在的特殊的功能性质。gydF4y2Ba

具体来说,高压二维固态氦原子在金刚石晶格产生了巨大的弹性应变。二维固态氦monolayer-induced压缩压力的包围金刚石晶格缩小大钻石的能带隙2.2 eV。gydF4y2Ba

这种应变掺杂效应可以显著改变固有的钻石的电子特性,使其适用于独特的应用在半导体电子产品。因此,深弹性工程植入的钻石可以可靠地实现二维固态氦。gydF4y2Ba

- t域三维固体氦。氦最初是由基朔凝固gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba在1926年。高压技术的发展gydF4y2Ba^{9、10、11日,37岁gydF4y2Ba},三维固体氦获得在高- t条件。然而,二维固态氦此前是通过物理吸附在表面的石墨在低温下gydF4y2Ba^{17、18 19gydF4y2Ba}。使用金刚石晶格监禁,我们大大扩展的二维固态氦- t领域潜在的实际应用。图片来源:林,W et al .,自然通信gydF4y2Ba

二维固态氦原子拥有0.315 /gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba面密度。氦血小板在钻石晶格演示了一个2 d和自动薄结构、平均直径和0.24 nm平均4.6,和健壮的各向异性分布。gydF4y2Ba

可控的离子注入使自组装单层的氦原子之间的{100}金刚石晶格的飞机。氦层间压力增加而减少血小板间距。固态氦层显示一个各向异性性质,单扣正方安排。gydF4y2Ba

之间的平均层间间距为3.0±1.3 nm{100}氦与一海里最低血小板血小板166 GPa间距最大氦气压力时,指示一个强大晶格约束效应,促进了成功形成二维固态氦。gydF4y2Ba

总而言之,这项研究的结果表明,合成的二维固态氦通过钻石晶格约束效应可以让可操纵的操纵实现固有应变掺杂固态氦与深远的应用程序。gydF4y2Ba

源gydF4y2Ba

林,W。李,Y。格拉夫,S。gydF4y2Ba等gydF4y2Ba。创建二维固态氦通过钻石晶格监禁。gydF4y2Ba自然通讯gydF4y2Ba2022年gydF4y2Ba。gydF4y2Bahttps://www.nature.com/欧洲杯猜球平台articles/s41467 - 022 - 33601 - 5gydF4y2Ba

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