يمكن أن يؤدي الحبس ، وهو فعل تقييد المواد داخل الحدود ، إلى تغيير خصائص المادة وحركة الجزيئات من خلالها.
يقول الباحث فرانك باروز: "لقد مكننا التحقيق في مقياس الطول الفريد هذا من رؤية ظواهر تداخل بناءة مثيرة للاهتمام حقًا تشير إلى التداخل الكمي ، وفي نفس الوقت الحصول على معلومات جديدة حول كيفية تفاعل الإلكترونات والأيونات".
في حالة التيتانيا ، تسبب ذلك في تداخل الإلكترونات مع بعضها البعض في نمط فريد ، مما أدى إلى زيادة موصلية الأكسيد ، أو درجة توصيله للكهرباء. حدث كل هذا على المستوى المتوسط ، وهو مقياس يمكن للعلماء من خلاله رؤية التأثيرات الكمومية وحركة الإلكترونات والجزيئات.
بشكل عام ، يقدم هذا العمل للعلماء مزيدًا من التبصر حول كيفية تصرف الذرات والإلكترونات والجسيمات الأخرى على المستوى الكمي. يمكن أن تساعد هذه المعلومات في تصميم مواد جديدة يمكنها معالجة المعلومات وتكون مفيدة في التطبيقات الإلكترونية الأخرى.
يقول باروز: "ما يميز هذا العمل حقًا هو حجم المقياس الذي درسناه ، ومكّننا البحث على مقياس الطول الفريد هذا من رؤية ظواهر مثيرة للاهتمام حقًا تشير إلى حدوث تداخل على المستوى الكمي ، وفي نفس الوقت اكتساب معلومات جديدة حول كيفية تفاعل الإلكترونات والأيونات ".
"عادةً ، عندما يتم تطبيق تيار كهربائي على أكسيد مثل تيتانيا ، تتدفق الإلكترونات عبر المادة في شكل موجي بسيط. في الوقت نفسه ، تتحرك الأيونات - أو الجسيمات المشحونة - أيضًا. تؤدي هذه العمليات إلى ظهور خصائص النقل الإلكتروني للمواد ، مثل التوصيلية والمقاومة ، والتي يتم استغلالها في تصميم الجيل التالي من الإلكترونيات.
"ما فعلناه في دراستنا هو محاولة فهم كيف يمكننا تغيير خصائص المواد من خلال حصر هندسة أو شكل الفيلم ، كما يقول الباحث شاروداتا فاتاك.
للبدء ، ابتكر الباحثون أفلامًا عن التيتانيا ، ثم صمموا نمطًا عليها. في النمط كانت الثقوب التي كانت مجرد 10 إلى 20نانومتر. أدت إضافة النمط الهندسي إلى تغيير حركة الإلكترونات بنفس الطريقة التي يغير بها رمي الصخور في جسم مائي الموجات التي تموج خلاله. في حالة التيتانيا ، تسبب النمط في تداخل موجات الإلكترون مع بعضها البعض ، مما أدى بالأكسيد إلى توصيل المزيد من الكهرباء.
"نمط التداخل مثبت بشكل أساسي في مكان الأكسجين أو الأيونات التي عادة ما تتحرك في مواد مثل التيتانيا. ووجدنا أن الاحتفاظ بهذه الموجات أمر مهم أو ضروري للحصول على تدخل بناء لهذه الموجات.
قام الباحثون بالتحقيق في الموصلية وخصائص أخرى باستخدام تقنيتين: التصوير الهولوجرافي الإلكتروني وفقدان طاقة الإلكترون الطيفي. ولهذه الغاية ، فقد استفادوا من الموارد في مركز أرجون للمواد النانوية (المجلس الوطني للمرأة)، وهو DOE مكتب تسهيل المستخدم العلمي ، لتصنيع عيناتهم وإجراء بعض القياسات.
"قال باروز: "لم نكن لنتمكن من رؤية هذا النمط الفريد من التداخل إذا لم نكن قادرين على إنتاج ما يكفي من هذه الثقوب في نمط ، وهو أمر صعب للغاية"."الخبرة والموارد في المجلس الوطني للمرأة وقسم علوم المواد في Argonne أثبت أنه مهم لمساعدتنا في مراقبة هذا السلوك الناشئ ".
في المستقبل ، إذا تمكن الباحثون من فهم ما أدى إلى زيادة الموصلية بشكل أفضل ، فمن المحتمل أن يجدوا طرقًا للتحكم في الخواص الكهربائية أو البصرية وتسخير هذه المعلومات لمعالجة المعلومات الكمومية. يمكن أيضًا استخدام الأفكار لتوسيع فهمنا للمواد التي يمكنها تبديل المقاومة. تقيس المقاومة مقدار مقاومة المادة لتدفق الإلكترونات في تيار كهربائي.
"تعتبر مواد تبديل المقاومة ذات أهمية لأنها يمكن أن تكون ناقلات معلومات - يمكن أن تكون حالة مقاومة واحدة 0 ويمكن أن يكون الآخر 1قال فاتاك."ما فعلناه يمكن أن يعطينا نظرة ثاقبة أكثر قليلاً حول كيفية التحكم في هذه الخصائص باستخدام الحدود الهندسية. "
ورقتهم بعنوان"تأثيرات الحبس المتوسط النطاق والتداخل الكمي الناشئ في الأغشية الرقيقة لمضاد تيتانيا" تم نشره في ASCنانو.