范德比尔特大学
左图:2×2超晶格(SL2)中原子位置示意图；右图:原子分辨率STEM图像
学分:范德比尔特大学 范德比尔特的研究人员索克拉特斯·潘特列德斯和约书亚·考德威尔是一项国际合作的一部分，该合作展示了一种操纵和测量纳米材料中细微原子振动的新方法
这一突破可能使开发定制功能以改进和构建新技术成为可能
在强大的显微镜下，电子束以原子尺度的分辨率探测了材料和纳米结构，对原子排列进行了成像，并结合理论揭示了电子和磁性
显微技术的最新发展有助于从声子那里获得直接信号，即振动模式，在空间和能量上都有很高的分辨率
研究人员现在可以在多层结构、缺陷和其他不均匀性的界面上测量不同的振动模式
“我们的团队将这种测量与激光探测器和理论研究相结合，以获得基础物理的完整图像，最终将形成新技术的基础，”Pantelides说
这项研究发表在1月1日的《自然》杂志上
26岁时，该团队将两种不同的氧化物分层成一种类似乐高的纳米结构，称为超晶格
该论文的第一作者、弗吉尼亚大学的研究员埃里克·霍伦德在原子尺度上对这些结构进行了成像
约旦
Hachtel曾是Pantelides的学生，也是橡树岭国家实验室纳米材料科学中心的显微镜专家，他对这些复杂超晶格的振动模式进行了精确测量
考德威尔，弗劳尔斯家族大学工程学院研究员，机械工程副教授，和他的学生约瑟夫·马森对振动模式进行了互补红外光谱分析
潘泰利德斯，威廉·阿大学物理学和工程学特聘教授
南希·弗
麦克米恩物理学教授和电气工程教授及其团队成员安德鲁·奥哈拉和研究助理教授、博士后鲍德良分别进行了理论计算，为不同实验之间提供了联系，从而构建了一幅全面的画面
联合研究证实，随着超晶格中各层厚度的缩小，原子振动最初由两种块体材料的振动主导，但逐渐演变为由原子界面主导，这定义了一种新的晶体结构
早期使用量子力学的理论计算与物理实验相结合，使得物理学家和工程师能够理解材料的行为
这样的调查导致了我们今天认为理所当然的数字设备的产生和发展
电子显微镜在这些探索中发挥了重要作用，但直到最近，它们还没有足够的分辨率来成像原子振动
“新特性产生于纳米尺度，尤其是当我们把材料放在一起时
从这些组合中，我们得到了我们没有预料到的新行为，”潘特列德斯说
“任何时候，只要有一种结构具有新的特性，工程头脑就会直接想到可以制造出哪些具有新功能的新材料和新器件
简单地说，这就是技术被创造的方式
" 考德威尔和马森一直在研究原子级超晶格的红外特性
“极性晶体的红外特性主要由材料的光学声子驱动
因此，这项工作建立在一个我们称之为晶体杂化的概念上，在这个概念中，超晶格中原子级薄材料的组合可以用来诱导出射特性，”考德威尔说
通过证明这些测量的规模可以缩小以测量到目前为止最精确的行为，这项工作得到了显著的加强
这项工作有可能提高显微镜学、光学科学、物理学和工程学的知识
“我们已经在这项技术上实现了一步到位的转变
通过改进我们的测量方式，我们能够更好地处理和操纵这些纳米材料
我们更有信心能够设计出具有定制属性的结构。”
Pantelides和Caldwell将继续与橡树岭国家实验室合作，追求该领域的更多进展，特别是扩展到不同的晶体结构和其他感兴趣的材料系统，如氮化物基半导体
来自弗吉尼亚大学、桑迪亚国家实验室、加州大学伯克利分校、普渡大学和洪堡大学以及德国保罗-德鲁德费斯克研究所的研究人员参与了这项研究
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