'การเปลี่ยนเฟส' เป็นปรากฏการณ์สำคัญในวิทยาศาสตร์กายภาพ แม้จะฟังดูเป็นเทคนิค แต่ก็เป็นสิ่งที่เราทุกคนพบเจอในชีวิตประจำวันไม่ว่าจะเป็นน้ำแข็งละลายเป็นน้ำเหลวหรือน้ำร้อนระเหยเป็นไอน้ำ ของแข็งของเหลวและก๊าซเป็น 'เฟส' ที่รู้จักกันดีสามเฟสและเมื่อเปลี่ยนเป็นเฟสอื่นนั่นคือการเปลี่ยนเฟส

นิกเกิลออกไซด์ที่หายากหรือที่เรียกว่านิกเกิลได้รับความสนใจจากนักวิจัยเป็นอย่างมากเนื่องจากมีการแสดงการเปลี่ยนเฟสอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งอาจถูกนำไปใช้ประโยชน์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต การเปลี่ยนเฟสเฉพาะนี้ประกอบด้วยการเปลี่ยนจากสถานะโลหะที่นำไฟฟ้าไปสู่สถานะฉนวนไฟฟ้าเมื่ออุณหภูมิลดลง

เบื้องหลังพฤติกรรมนี้คือปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของสารประกอบเหล่านี้กับโครงสร้าง 'แลตติซ' - การจัดเรียงอะตอมที่เรียงลำดับอย่างดีซึ่งก่อตัวเป็นผลึก อย่างไรก็ตามการเปิดเผยลักษณะที่แท้จริงของโลหะนี้ต่อการเปลี่ยนเฟสฉนวนในนิกเกิลและความสามารถในการควบคุมสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีศักยภาพจำเป็นต้องทราบว่าแต่ละเฟสลักษณะเกิดขึ้นและวิวัฒนาการอย่างไรในช่วงการเปลี่ยนแปลง

ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์จาก EPFL และมหาวิทยาลัยเจนีวาได้รวมเทคนิคล้ำยุคสองเทคนิคเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้การทำแผนที่ระดับนาโนของแต่ละเฟสอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกัน ตีพิมพ์ในวารสารNano Lettersการศึกษานี้นำโดย Dr Duncan Alexander จาก School of Basic Sciences ของ EPFL และกลุ่มศาสตราจารย์ Jean-Marc Triscone จากมหาวิทยาลัยเจนีวา

ผู้เขียนคนแรกของการศึกษา Dr Bernat Mundet กล่าวว่า: 'เพื่อให้เข้าใจฟิสิกส์ที่แสดงโดยวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ใหม่ ๆ อย่างเต็มที่และเพื่อควบคุมพวกมันในอุปกรณ์จำเป็นต้องใช้เทคนิคการกำหนดลักษณะตามมาตราส่วนอะตอมใหม่ในเรื่องนี้เราสามารถทำได้เป็นครั้งแรก เพื่อตรวจสอบพื้นที่โลหะและฉนวนของอุปกรณ์ที่ได้รับการออกแบบทางอะตอมอย่างแม่นยำซึ่งทำจากสารประกอบนิกเกิลสองชนิดที่มีความละเอียดใกล้เคียงระดับอะตอมเราเชื่อว่าวิธีการของเราจะช่วยให้เข้าใจฟิสิกส์ของวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ตระกูลที่สำคัญนี้ได้ดีขึ้น '

นักวิจัยได้รวมกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านที่แก้ไขความคลาดเคลื่อน (STEM) เข้ากับสเปกโทรสโกปีการสูญเสียพลังงานอิเล็กตรอนแบบโมโนโครม (EELS)

ใน STEM ภาพเกิดขึ้นจากการสแกนลำแสงอิเล็กตรอนโดยโฟกัสไปที่จุดที่มีขนาดประมาณ 1 Ångstromsบนชิ้นงานที่บางพอสมควร - ในกรณีนี้คือเศษของนิกเกิล - และรวบรวมอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านและกระจัดกระจายด้วยการใช้ ของเครื่องตรวจจับวงแหวน แม้ว่าจะมีความต้องการทางเทคนิค แต่เทคนิคนี้ช่วยให้นักวิจัยเห็นภาพโครงสร้างตาข่ายของคริสตัลได้อย่างแม่นยำโดยเรียงแถวอะตอมตามแถวอะตอม

สำหรับเทคนิคที่สอง EELS อิเล็กตรอนเหล่านั้นที่ผ่านรูกลางของเครื่องตรวจจับวงแหวนจะถูกรวบรวมแทน ก่อนหน้านี้อิเล็กตรอนเหล่านี้บางส่วนสูญเสียพลังงานไปบางส่วนเนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอม Ni ของผลึกนิกเกิล ด้วยการวัดความแตกต่างของพลังงานนี้เราสามารถระบุสถานะโลหะหรือฉนวนของสารประกอบนิกเกิลได้

เนื่องจากอิเล็กตรอนทั้งหมดกระจัดกระจายและรวบรวมพร้อมกันนักวิจัยจึงสามารถเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงสถานะอิเล็กทรอนิกส์กับตำแหน่งตาข่ายที่เกี่ยวข้องในสารประกอบนิกเกิลที่แตกต่างกัน วิธีนี้ทำให้พวกเขาสามารถทำแผนที่การกำหนดค่าเชิงพื้นที่ของพื้นที่โลหะหรือฉนวนได้เป็นครั้งแรกซึ่งมีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงมากประมาณ 3.5 Ångstroms (0.35 นาโนเมตร) เทคนิคนี้จะเป็นเครื่องมือที่มีค่าสำหรับการศึกษาและชี้นำวิศวกรรมอะตอมของวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ใหม่เหล่านี้

'กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนรุ่นล่าสุดทำให้เรามีความสามารถที่น่าทึ่งในการวัดคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุที่หลากหลายด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ระดับอะตอมหรือนาโนเมตริก' Duncan Alexander กล่าว 'ที่นี่ด้วยการผลักดันขีดความสามารถของกล้องจุลทรรศน์ Titan Themis ของ EPFL ให้ถึงขีดสุดเราจึงก้าวไปข้างหน้าอย่างน่าตื่นเต้นในโดเมนนี้โดยพิสูจน์ว่าเราสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ผ่านโครงสร้างฟิล์มบางที่ทำจากนิกเกิลสองชนิดที่แตกต่างกันได้อย่างแม่นยำ แนวทางเปิดช่องทางใหม่ในการตรวจสอบฟิสิกส์ของสารประกอบนิกเกิลเหล่านี้ซึ่งจุดประกายความสนใจในการวิจัยทั่วโลก '

'การรวมกันของวัสดุเทียมที่น่าทึ่งซึ่งแสดงการเปลี่ยนโลหะเป็นฉนวนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขั้นสูงช่วยให้สามารถตรวจสอบคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างละเอียดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน' Jean-Marc Triscone กล่าวเสริม 'โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการเปิดเผยในระดับอะตอมไม่ว่าวัสดุจะนำไฟฟ้าหรือเป็นฉนวน - คำถามสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจวัสดุเหล่านี้ให้ดีขึ้นซึ่งอาจใช้ในแนวทางการคำนวณในอนาคต'
บาคาร่า สมัครบาคาร่า