科学家以原子尺度复制表面结构

时间：2022-02-16 16:25:34 来源：

具有原子精度的热塑性印迹。用于热压花的压榨机的几何布置的化学陈述，其中散装金属玻璃（BMG）的圆柱形锭料在钛酸锶锶的表面上放置在钛酸锶的表面上（ STO）单晶已准备好以单位细胞（0.39nm）高度的步骤分开的近在原子平坦的露台。标签力显微镜（AFM）图像的STO晶体的表面用作模具，揭示了上述露床表面结构体。插图：二氧化钛（TiO2）终止的晶体的结构模型，阶梯式（001）平面。递送压印，取出上板，形成的BMg盘与STO模板分离并转过来用于AFM检查.DMIRRORED和Z 反转的AFM图像的确切位置，其通过与（a）中显示的STO晶体的区域接触而成。与模板原始形态的比较表明，结构的所有细节都以子Ångstrom精度再现。图像尺寸在5M5M两种情μ况×下μ。放大镜中的动画片突出了Pt57.5cu14.7ni5.3p22.55.5.530.5的无序（即玻璃状）结构。

耶鲁研究人员开发了一种可以在原子尺度上复制表面结构的程序 - 一种可能导致更好的催化剂，改进数据存储和其他新应用的突破。它还可以帮助解锁一些关于某些材料玻璃液状态的性质的一些长期奥秘。

由UDO Schwarz，机械工程与材料科学教授和椅子领导，研究团队证明了可靠性，反复复制钛酸锶（SRTIO3）单晶的梯形表面结构，其用作模具，通过将其压印成一个金属玻璃。在这样做时，他们能够重新创建模具表面的所有细节，直到微小的原子尺度特征，例如表面步骤，扭结和凹陷，其特征在于原始SRTIO3晶体的一个单元电池的尺寸。结果今天在通信物理学，自然日记中发表。

该方法涉及加热主要含有铂的金属玻璃合金，然后压缩它使其流入模具。它类似于与聚合物的塑料一起使用的常规成型技术，以制造如玩具和外壳，但在更小的规模上。通过联合作者Jan Schroers，机械工程和材料科学教授，金属玻璃合金专家的工作建立在先前的研究中，可以通过批量生产。

突破的关键是模具材料的钛酸锶的选择。

施瓦茨说：“这花了几年来拿出一些类型的模具，这是一个型号的模具很好。”其他材料，例如氯化钠和石墨将粘在一起或将材料转移到它复制的物体上。钛酸锶，脆性氧化物的晶体，具有该项目的完美特性。

“当你在印记后冷却水晶/玻璃堆叠时，它沿着它的界面落下，你有100％的模具表面结构拷贝，”Schwarz说。“每个最后一个细节都完全相同。例如，晶体表面通常存在小型单元深度凹陷，并且它们完美地复制。金属玻璃的所得到的表面看起来像一个反射晶体，诸如原子平台的所有常规特征，即使它是玻璃。“

其他关键组件是从散装金属玻璃中形成复制品的选择，一种具有金属强度的材料，但在高于其玻璃化转变温度时，塑料的柔韧性。Schwarz表示，对于类似的项目，基于聚合物的塑料已经工作了“相对良好”，但由于它们的原子在链中移动，因此可以实现多少细节。“在金属玻璃中，每个原子都自身移动。这就是为什么你可以用这种精确来复制任何东西。“

技术有许多潜在的应用，例如通过原子精确表面图案化的表面官能化。“用这一点，您可以在施瓦茨说的最大粘合性的最大粘合性的情况下，或许是最小的粘合性。”

通过将金属的表面积最大化到其理论极限，它还在传感器，催化剂和电池的田地开辟了广泛的潜在突破。它还可以围绕金属玻璃的神秘结构阐明。施瓦茨指出，到目前为止，没有人能够直接可视化三维玻璃的原子结构 - 这包括金属玻璃和常规类型，例如窗口中使用的种类。2005年，科学杂志包括“玻璃态的性质是什么？”在它的“我们不知道的100个基本问题”列表中。自从此取得了很少的进展，但能够在这种细节水平复制可能会更好地了解这些材料。

出版物：Rui Li等，“原子印记成金属眼镜”通信物理量1，物品编号：75 (2018)

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