انقلاب در علم مواد با "رنگ‌آمیزی اتمی" برای تکنولوژی‌های سبز

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری برنا، پژوهشگران دانشگاه ایالتی پن موفق به توسعه تکنیکی به نام «رنگ‌آمیزی اتمی» شدند که با استفاده از اپیتاکسی پرتو مولکولی، خواص فِروالکتریک دی‌نیوبات پتاسیم را به‌طور دقیق تنظیم می‌کند. این روش به‌طور قابل توجهی خواص مواد را دستکاری کرده و کاربردهای بالقوه‌ای در تکنولوژی‌های سبز، محاسبات کوانتومی و اکتشافات فضایی دارد.

تنظیم تنش در مواد

چگونه می‌توان خواص مواد را برای کاربردهای پیشرفته به‌طور دقیق تنظیم کرد؟

تیمی از پژوهشگران به رهبری استادان دانشگاه ایالتی پن پاسخ این سوال را در تنظیم ساختار اتمی ماده از طریق اعمال تنش یافتند. آن‌ها کشف کردند که «رنگ‌آمیزی اتمی» دی‌نیوبات پتاسیم — ماده‌ای کلیدی در الکترونیک پیشرفته — امکان کنترل استثنائی خواص فیلم‌های نازک را فراهم می‌آورد. یافته‌های این پژوهش که در مجله Advanced Materials منتشر شده است، می‌تواند راه را برای تکنولوژی‌های سبز در لوازم الکترونیکی مصرفی، دستگاه‌های پزشکی و محاسبات کوانتومی هموار کند.

روش نوآورانه در مهندسی مواد

این اولین بار است که دی‌نیوبات پتاسیم با استفاده از روش اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE) رشد داده می‌شود. این تکنیک به نوعی مانند اسپری کردن اتم‌ها روی سطح است. در این روش، اتم‌های فیلم‌های نازک به‌طور دقیق با ساختار اتمی زیرلایه هماهنگ می‌شوند و این امر باعث ایجاد تنش در ماده می‌شود. این تنش می‌تواند خواص ماده را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد.

خواص فِروالکتریک و کاربردها

دی‌نیوبات پتاسیم یک ماده فِروالکتریک است که دارای قطبش الکتریکی طبیعی است که می‌تواند با اعمال میدان الکتریکی معکوس شود. این ویژگی در دستگاه‌هایی همچون تجهیزات اولتراسوند، دوربین‌های فروسرخ و اکچویتورهای دقیق برای دستگاه‌های میکروپیشرفته کاربرد دارد.

پژوهش‌های مشترک و توسعه

برای «رنگ‌آمیزی اتمی» دی‌نیوبات پتاسیم، گُپالان از همکار سابق خود، دارل شلوم در دانشگاه کرنل کمک گرفت. آن‌ها فیلم‌های نازک را در تأسیسات رشد فیلم نازک PARADIM که توسط شلوم راه‌اندازی شده، تولید کردند. شلوم و گُپالان ۲۰ سال پیش اولین بار تکنیک تنظیم تنش در مواد فِروالکتریک را توسعه دادند.

تأثیر مهندسی تنش

مهندسی تنش با لایه‌گذاری دو ماده با اندازه‌های کمی متفاوت عمل می‌کند. وقتی لایه نازک به سطحی با ساختار اتمی مشابه اضافه می‌شود، به‌طور طبیعی کمی کشیده یا فشرده می‌شود تا با سطح زیرین هماهنگ شود. این تغییر کوچک در فاصله اتم‌ها باعث ایجاد تنش در ماده شده و خواص آن را تغییر می‌دهد.

تأثیرات زیست‌محیطی و عملی

یکی از نکات برجسته این تحقیق، استفاده از دی‌نیوبات پتاسیم است که بدون سرب است. در حالی که بهترین مواد فِروالکتریک‌ها معمولاً شامل سرب هستند که نگرانی‌های زیست‌محیطی و مسمومیت انسانی را به همراه دارد، دی‌نیوبات پتاسیم بدون سرب می‌تواند به‌عنوان یک ماده فِروالکتریک قوی و در عین حال ایمن و دوستدار محیط‌زیست جایگزین خوبی باشد. این تحقیق همچنین نشان داد که خواص فِروالکتریک دی‌نیوبات پتاسیم حتی در دماهای بالا پایدار باقی می‌ماند.

جهت‌گیری‌های آینده و کاربردها

گُپالان و تیم تحقیقاتی‌اش در حال تلاش برای رفع موانع کاربردی هستند، از جمله رشد این فیلم‌های نازک بر روی سیلیکون که به‌طور گسترده در صنعت الکترونیک استفاده می‌شود.

این تحقیق می‌تواند دی‌نیوبات پتاسیم را به یک ماده کلیدی در نسل بعدی تکنولوژی‌های سبز و با عملکرد بالا تبدیل کند که در زمینه‌هایی از لوازم شخصی تا اکتشافات فضایی تاثیر خواهد داشت.

انتهای پیام/