ABD Enerji Bakanlığı’nın Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndaki bilim insanları, malzemelerdeki değişiklikleri atomik düzeyde gözlemlemek için, kuantum hesaplama ve elektronik malzemeleri anlamak ve geliştirmek için yeni olanaklar açan bir yöntem geliştirdiler.
Hızlı Nesne Tespit ve Yanıt Sistemi (RODAS) adı verilen teknik, hızla değişen atomik yapıların özelliklerini oluştukça yakalamak için görüntüleme, spektroskopi ve mikroskopiyi birleştiriyor.
Taramalı transmisyon elektron mikroskobu (STEM) ile elektron enerji kaybı spektroskopisini (EELS) birleştiren geleneksel yaklaşımlar, elektron ışınının analiz edilen malzemeleri değiştirebilmesi veya bozabilmesi nedeniyle sınırlıdır. Bu genellikle bilim adamlarını malzemelerin amaçlanan özelliklerinden ziyade değiştirilmiş durumları ölçmeye zorlar. RODAS bu sınırlamanın üstesinden gelir ve aynı zamanda gerçek zamanlı makine öğrenimini kullanan dinamik bir bilgisayarlı görü görüntüleme sistemini de entegre eder.
Bir numuneyi analiz ederken RODAS yalnızca ilgilenilen bölgelere odaklanır. Bu yaklaşım, diğer yöntemlerin gerektirebileceği birkaç dakikaya kıyasla saniyeler veya milisaniyeler içinde hızlı analiz yapılmasına olanak tanır. Bunu yaparken RODAS, numuneye zarar vermeden önemli bilgileri çıkarır.
Tüm malzemeler, malzemenin mekanik veya kuantum gibi herhangi bir özelliğini doğrudan etkileyebilecek kusurlara sahiptir. Kusurlar, hem dahili olarak hem de elektron ışını radyasyonu gibi harici uyaranlara yanıt olarak atomik seviyede çeşitli şekillerde organize edilebilir. Bu farklı kusur konfigürasyonlarının yerel özellikleri iyi anlaşılmamıştır. STEM teknikleri deneysel ölçümlere izin vermesine rağmen, belirli konfigürasyonları değiştirmeden çalışmak son derece zordur.
Araştırma ekibi, kuantum hesaplama ve optik uygulamalar için umut verici bir yarı iletken malzeme olan tek katmanlı molibden disülfür üzerindeki tekniklerini gösterdi. Molibden disülfür özellikle ilgi çekicidir çünkü kusurlardan tekli fotonlar yayabilir; bu, kafes yapısında tek bir kükürt atomunun bulunmadığı anlamına gelir. Bu kusurlar, molibden disülfürü ileri teknolojik uygulamalar için değerli kılan benzersiz elektronik özellikler yaratacak şekilde kümelenebilir. Bilim insanları, molibden disülfür ve benzeri tek katmanlı malzemeleri inceleyerek atomik düzeyde optik veya elektronik özelliklerle ilgili önemli soruları yanıtlamayı umuyorlar.
RODAS yöntemi malzeme karakterizasyonunda önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Analiz sırasında yapı-özellik ilişkilerini dinamik olarak keşfetmenize, belirli atomları veya kusurları oluştukça ölçümler için hedeflemenize, farklı kusur türleri hakkında verimli bir şekilde veri toplamanıza, yeni atom veya kusur sınıflarını gerçek zamanlı olarak tanımlayacak şekilde uyum sağlamanıza ve numune hasarını en aza indirmenize olanak tanır. detaylı bir analizle sürdürülüyor.
Araştırma ekibi, bu teknolojiyi tek bir vanadyum katkılı molibden disülfit tabakasına uygulayarak, elektron ışını ışınımı altında kusurların oluşumu ve evrimi konusunda yeni bir anlayış kazandı.
Malzemeleri atom seviyesinde gerçek zamanlı olarak gözlemleme ve analiz etme yeteneği, bilgisayar, elektronik ve ötesindeki sınırları zorlama potansiyelini göstermektedir.