【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】原子級(jí)制造是國(guó)家重點(diǎn)布局的未來(lái)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(shí)時(shí)觀測(cè)屬于原子級(jí)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合松山湖材料實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，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(shí)時(shí)捕捉到KTaO?晶體中Ta原子的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，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(guò)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(jìn)而驅(qū)動(dòng)較重的鉭原子遷移。這種協(xié)同原子運(yùn)動(dòng)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(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)清晰揭示了原子遷移路徑，闡明了其內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
 

　　該研究不僅揭示了電子束誘導(dǎo)原子運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的原子機(jī)制，更開(kāi)辟了一條利用電子束在原子尺度進(jìn)行精準(zhǔn)“雕刻”的技術(shù)路徑，為未來(lái)新型功能氧化物電子器件的原子層級(jí)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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、遼寧省自然科學(xué)基金等項(xiàng)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(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變