Физики разгадали загадку двоих

26 января 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Университет Мартина Лютера Галле-Виттенберг

Структура двумерного оксида титана разрушается при высоких температурах при добавлении бария; вместо правильных шестиугольников создаются кольца из четырех, семи и десяти атомов, упорядоченные апериодически.

Команда из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) сделала это открытие в сотрудничестве с исследователями из Института Макса Планка (MPI) по физике микроструктур, Университета Гренобль-Альпы и Национального института стандартов и технологий (Гейтерсбург, США). решение загадки образования двумерных квазикристаллов из оксидов металлов. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

Шестиугольники часто встречаются в природе. Самый известный пример — соты, но эту структуру также образуют графен или оксиды различных металлов, например оксид титана. «Шестиугольники — идеальный образец для периодических структур», — объясняет доктор Стефан Фёрстер, исследователь группы физики поверхности и интерфейсов Института физики MLU. «Они настолько идеально сочетаются друг с другом, что нет никаких зазоров».

В 2013 году эта группа сделала удивительное открытие, нанеся ультратонкий слой, содержащий оксид титана и барий, на платиновую подложку и нагрев его примерно до 1000 градусов по Цельсию в сверхвысоком вакууме. Атомы выстроились в треугольники, квадраты и ромбы, которые сгруппировались в еще более крупные симметричные формы с двенадцатью краями. Была создана структура с 12-кратной вращательной симметрией вместо ожидаемой 6-кратной периодичности.

По словам Фёрстера, «были созданы квазикристаллы, имеющие апериодическую структуру. Эта структура состоит из базовых атомных кластеров, которые высоко упорядочены, даже если наблюдателю трудно различить систематику, лежащую в основе этого упорядочения». Физики из Галле первыми в мире продемонстрировали образование двумерных квазикристаллов в оксидах металлов.

Механизмы, лежащие в основе образования таких квазикристаллов, остаются загадочными с момента их открытия. Физики из MLU теперь решили эту загадку в сотрудничестве с исследователями из Института физики микроструктур Макса Планка в Галле, Университета Гренобль-Альпы и Национального института стандартов и технологий (Гейтерсбург, США).

Используя сложные эксперименты, энергетические расчеты и микроскопию высокого разрешения, они показали, что высокие температуры и присутствие бария создают сеть титановых и кислородных колец с четырьмя, семью и десятью атомами соответственно. «Барий одновременно разрушает атомные кольца и стабилизирует их», — объясняет Фёрстер, возглавляющий совместный проект.

«Один атом бария заключен в кольцо из семи, два — в кольцо из десяти». Это возможно потому, что атомы бария электростатически взаимодействуют с платиновым носителем, но не образуют химической связи с атомами титана или кислорода.

Благодаря своему последнему открытию исследователи сделали больше, чем просто прояснили фундаментальный вопрос физики. «Теперь, когда мы лучше понимаем механизмы образования на атомном уровне, мы можем попытаться изготовить такие двумерные квазикристаллы по требованию из других материалов, имеющих важное значение для применения, таких как оксиды металлов или графен», — говорит Фёрстер. «Мы рады узнать, будет ли это особое устройство создавать совершенно новые и полезные свойства».

Больше информации: