Найден способ измерять температуру двумерных материалов на атомном уровне
Исследователи из Иллинойского университета в Чикаго описали новую технику для точного измерения температуры и поведения новых двумерных материалов, которая позволит инженерам разрабатывать меньшие и более быстрые микропроцессоры.
Выводы проекта представлены в Physical Review Letters.
Новые двумерные материалы, вроде графена, состоящие из одного слоя атомов углерода, могут потенциально заменить стандартные кремниевые микропроцессы, достигшие предела в уменьшении размера. Но инженеров останавливает неспособность измерить влияние температуры на эти структуры, известные как дихалькогениды переходных металлов (ДПМ).
Используя сканирующую просвечивающую электронную микроскопию вместе со спектроскопией, исследователи Иллинойского университета Чикаго смогли измерить температуру нескольких двумерных материалов на атомном уровне. Так они проложили путь к более компактным и быстрым микропроцессорам. Исследователи также смогли использовать методику для измерения расширения материалов при нагреве.
«Микропроцессорные чипы компьютеров и других устройств сильно нагреваются. Нам нужно измерять не только температуру, но и расширение материала при термическом воздействии, — сказал профессор Роберт Кли. – Если он растянется слишком сильно, связи с другими компонентами могут разрушиться, и чип станет бесполезным».
Стандартные измерительные методики не подходят для 2D-структур. Оптические технологии на основе отраженного света лазера не работают с ДПМ из-за отсутствия достаточной площади поверхности.
Кли с коллегами разработали способ определения температуры на атомном уровне за счет луча электронов, проходящих через образец для формирования изображения.
«Технология позволяет точно установить и измерить вибрацию атомов и электронов. То есть, определить температуру одного атома в 2D-материале», — сказал специалист.
Специалисты нагревали микроскопические «чешуйки» различных ДПМ в камере сканирующего просвечивающего электронного микроскопа до разных температур. Затем направляли электронный луч устройства на материал. Методика позволила измерить температуру с разрешением почти в 10 раз выше, чем у традиционных способов.