由阿尔贡国家实验室的贾里德·萨格夫拍摄
通过高分辨率压电响应力显微镜观察独立式铁电泡畴:图像右侧的两个蓝白色斑点(4纳米半径)表明存在气泡
信用:阿贡国家实验室
) 当魔术师突然从堆满盘子和玻璃杯的桌子上扯下一块桌布时，有一个悬念的时刻，观众想知道舞台上是否会很快散落碎玻璃
直到现在，科学家们还面临着一个类似的困境，他们正在研究特殊的电子气泡，以创造下一代柔性微电子和能量存储设备
美国的科学家
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美国能源部阿贡国家实验室发现了一种新的方法，通过从特定的底层材料或衬底上剥离含有电气泡的异质结构薄膜，同时保持它们完全完好无损，来实现原子级版本的桌布把戏
这一发现可能会让我们离依赖这些不寻常且脆弱的结构的大量应用更近一步
“你可以把它想象成试图把一栋房子从地基上移走
通常，你会认为房子会倒塌，但我们发现它保留了所有的属性，”阿尔贡材料科学家赛杜尔·巴考尔说 阿尔贡材料科学家赛杜尔·巴考尔说:“气泡非常脆弱，最初需要特定的底层材料，称为基底，以及特定的条件，才能在其中生长薄膜。”
“我们对许多材料感兴趣，这些泡沫对这些材料非常有用，比如塑料
然而，我们还不能直接在这些材料上种植它们
我们的研究是让泡沫成为可能的第一步
" 在具有交替电特性的三层超薄结构中发现了电泡:铁电体，然后电介质，然后再次铁电体
这种多层结构中的气泡是由特殊排列的偶极子或孪生电荷构成的
这些偶极子的取向基于材料中的局部应变和表面上的电荷，这导致偶极子寻找它们相对最低的能量状态
最终，电气泡(气泡域)形成，但只有在满足特定条件时
即使是很小的力量也很容易扭曲它们
在实验中，巴考尔在新南威尔士大学的同事们首先在钛酸锶衬底上的超薄异质结构薄膜中生长气泡——这是最容易在其上产生气泡的材料之一
然后，巴考尔面临着在保留气泡的同时从衬底上去除异质结构的挑战
他说:“你可以把它想象成试图把房子从地基上移走。”
“通常，你会认为房子会倒塌，但我们发现它保留了所有的财产
" 气泡域很小
它们的半径只有大约4纳米——和人类DNA链一样宽
因此，他们很难看到
在阿贡的材料科学部门，先进的扫描探针显微镜技术和傅里叶变换分析不仅让科学家们看到它们，而且量化了它们在独立薄膜中的性质
为了确定气泡域保持完整，Bakaul通过两种显微技术测量了它们的电子(电容)和压电特性:扫描微波阻抗显微术和压电响应力显微术
如果气泡破裂，电容会在外加电压下发生变化，但巴考尔发现，在相当高的电压下，电容保持相对稳定
这些实验验证了巴考尔和他的学生通过将原子模拟与电路理论相结合而开发的理论分析所获得的电容数值估计
“实验和模拟的结合最终证明，这些气泡即使从最初的基底上移除也能存活
这是我们长期以来一直希望实现的目标。”
当气泡被去除时，异质结构薄膜——以前像桌布一样平放——突然呈现出波纹状外观
虽然巴考尔指出，许多人可能会认为这种变化会损害气泡的特性，但他发现气泡实际上受到材料内置电压变化的保护
阿肯色大学巴考尔的同事进行的原子模拟表明，自由界面处的弹性能是波纹形成的根源
根据巴考尔的说法，结果是令人兴奋的，因为这些气泡具有不同寻常和有趣的电和机械特性
“铁电气泡是新发现的纳米级物体，”他说
“社区中有一个共识，即他们可能有很多应用程序
例如，这些气泡的转变导致异常高的机电响应，这可以在微电子和能源应用的广泛器件中得到应用
" 虽然是物理而不是魔法为这些泡沫的整合创造了一个潜在的新渠道，但巴考尔指出，基于它们的新技术可能会产生变革性的影响
他说:“无论我们讨论的是能量采集器还是超级计算机，这些气泡都可能对许多不同的材料和应用产生重大影响。”
基于这项研究的一篇论文发表在9月19日的《先进材料》杂志上
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