【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】原子級制造是國家重點布局的未來產(chǎn)業(yè)方向之一，原子尺度結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的精準(zhǔn)操控與實時觀測屬于原子級制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問題。近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家實驗室聯(lián)合松山湖材料實驗室研究團隊，在該領(lǐng)域取得重要突破。以透射電子顯微學(xué)方法為主，他們利用掃描透射高能電子束，不僅實時捕捉到KTaO?晶體中Ta原子的動態(tài)運動，更成功誘導(dǎo)其結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)殒u青銅K?Ta??.?O??，揭示了轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵調(diào)控參數(shù)。成果以“In-Situ Observation of Atom Motion and Manipulation of Structural Transformation”為題發(fā)表于《Advanced Materials》雜志，為原子尺度“造得準(zhǔn)”與“看得清”奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。
 

　　他們通過精確調(diào)控電子束劑量與位移，利用“knock-on”效應(yīng)選擇性“踢出”KTaO?中的鉀、氧原子形成空位，進而驅(qū)動較重的鉭原子遷移。這種協(xié)同原子運動最終促使材料從鈣鈦礦結(jié)構(gòu)KTaO?轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆芥u青銅結(jié)構(gòu)K?Ta??.?O??。新結(jié)構(gòu)在常溫環(huán)境下穩(wěn)定存在，顯示出該方法在原子加工方面的廣闊前景。結(jié)合低劑量相位襯度成像與密度泛函理論計算，研究團隊清晰揭示了原子遷移路徑，闡明了其內(nèi)在驅(qū)動機制。
 

　　該研究不僅揭示了電子束誘導(dǎo)原子運動與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的原子機制，更開辟了一條利用電子束在原子尺度進行精準(zhǔn)“雕刻”的技術(shù)路徑，為未來新型功能氧化物電子器件的原子層級制造提供了重要的理論依據(jù)與關(guān)鍵技術(shù)支撐。
 

　　本研究的第一作者為中國科學(xué)院金屬研究所材料顯微科學(xué)研究部博士生石彤彤和李宇澍，通訊作者為唐云龍研究員、馬秀良研究員和朱銀蓮研究員。研究獲得了金屬所創(chuàng)新基金、國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、遼寧省自然科學(xué)基金等項目的支持。
 

　　圖1. (a) KTaO?結(jié)構(gòu)示意圖 (b) STEM模式下電子束輻照示意圖 (c-l) 電子束輻照下原子運動與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變