Sự giam giữ, hành động hạn chế vật liệu trong một ranh giới, có thể làm thay đổi các đặc tính của vật liệu và chuyển động của các phân tử qua nó.
Nhà nghiên cứu Frank Barrows cho biết: “Việc khảo sát ở thang độ dài độc đáo này cho phép chúng tôi thấy được các hiện tượng giao thoa có tính xây dựng thực sự thú vị cho thấy sự giao thoa lượng tử, đồng thời thu được thông tin mới về cách các điện tử và ion tương tác.
Trong trường hợp của titania, nó làm cho các electron giao thoa với nhau theo một kiểu duy nhất, làm tăng độ dẫn điện của oxit, hoặc mức độ nó dẫn điện. Tất cả điều này đã xảy ra ở cấp độ trung bình, một thang đo mà các nhà khoa học có thể nhìn thấy cả hiệu ứng lượng tử và chuyển động của các electron và phân tử.
Nhìn chung, công trình này cung cấp cho các nhà khoa học cái nhìn sâu sắc hơn về cách các nguyên tử, electron và các hạt khác hoạt động ở cấp độ lượng tử. Những thông tin như vậy có thể hỗ trợ trong việc thiết kế các vật liệu mới có thể xử lý thông tin và hữu ích trong các ứng dụng điện tử khác.
Barrows nói: “Điều thực sự làm nên sự khác biệt của công trình này là kích thước của thang đo mà chúng tôi đã điều tra được,” việc điều tra ở thang độ dài độc đáo này cho phép chúng tôi thấy những hiện tượng thực sự thú vị cho thấy có sự giao thoa đang xảy ra ở cấp độ lượng tử, đồng thời thu được thông tin mới về cách các điện tử và ion tương tác ”.
“Thông thường, khi một dòng điện được đặt vào một oxit như titania, các electron chạy qua vật liệu dưới dạng sóng đơn giản. Đồng thời, các ion - hoặc các hạt mang điện - cũng chuyển động xung quanh. Các quá trình này làm phát sinh các đặc tính vận chuyển điện tử của vật liệu, chẳng hạn như độ dẫn điện và điện trở, được khai thác trong thiết kế của các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo.
"Nhà nghiên cứu Charudatta Phatak cho biết những gì chúng tôi đã làm trong nghiên cứu của mình là cố gắng hiểu cách chúng tôi có thể thay đổi tính chất vật liệu bằng cách giới hạn hình dạng hoặc hình dạng của màng.
Để bắt đầu, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các bộ phim của titania, sau đó thiết kế một mẫu trên chúng. Trong mô hình là các lỗ chỉ là 10 đến 20cách nhau nanomet. Việc thêm mô hình hình học đã làm thay đổi chuyển động của các electron giống như cách ném đá vào một vùng nước làm thay đổi sóng truyền qua nó. Trong trường hợp của titania, hình thái gây ra các sóng điện tử giao thoa với nhau, làm cho oxit dẫn điện nhiều hơn.
"Hình ảnh giao thoa về cơ bản được giữ ở vị trí oxy hoặc các ion thường di chuyển trong các vật liệu như titania. Và chúng tôi thấy rằng việc giữ chúng tại chỗ là quan trọng hoặc cần thiết để có được sự can thiệp mang tính xây dựng của những làn sóng đó, ”Phatak nói.
Các nhà nghiên cứu đã khảo sát độ dẫn điện và các đặc tính khác bằng hai kỹ thuật: quang ba chiều điện tử và quang phổ mất năng lượng điện tử. Để đạt được mục tiêu đó, họ đã tận dụng các nguồn lực tại Trung tâm Vật liệu nano của Argonne (CNM) Trong DOE Office of Science User Facility, để chế tạo các mẫu của họ và thực hiện một số phép đo.
"Chúng tôi sẽ không thể nhìn thấy mô hình giao thoa độc đáo này nếu chúng tôi không thể tạo ra đủ các lỗ này trong một mô hình, điều này rất khó thực hiện, ”Barrows nói."Chuyên môn và nguồn lực tại CNM và Bộ phận Khoa học Vật liệu của Argonne tỏ ra rất quan trọng trong việc giúp chúng tôi quan sát hành vi mới nổi này. "
Trong tương lai, nếu các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn điều gì đã dẫn đến sự gia tăng độ dẫn điện, họ có thể tìm ra cách kiểm soát các đặc tính điện hoặc quang học và khai thác thông tin này để xử lý thông tin lượng tử. Thông tin chi tiết cũng có thể được sử dụng để mở rộng hiểu biết của chúng ta về các vật liệu có thể chuyển đổi điện trở. Điện trở đo lường mức độ một vật liệu chống lại sự di chuyển của các electron trong dòng điện.
"Vật liệu chuyển đổi điện trở được quan tâm vì chúng có thể là vật mang thông tin - một trạng thái kháng có thể 0 và cái khác có thể là 1, ”Phatak nói."Những gì chúng tôi đã làm có thể cung cấp cho chúng tôi cái nhìn sâu sắc hơn về cách chúng tôi có thể kiểm soát các thuộc tính này bằng cách sử dụng các giới hạn hình học ”.
Bài báo của họ, có tiêu đề"Hiệu ứng giam giữ theo tỷ lệ Mesoscale và can thiệp lượng tử nổi lên trong màng mỏng titania antidot, " được xuất bản trong ASCnano.