Les chercheurs observent des modes de phonons localisés à une interface hétéro


Des chercheurs de la PCU observent des modes de phonons localisés à une interface hétéro

a, Dispersion des phonons calculée pour le cBN () et le diamant (bleu). b, profil de EELS mesuré à travers l’interface. L’origine de l’axe horizontal est à l’intersection. flèches bleues et blanches sont des guides vers l’œil qui marquent la baisse d’intensité du phonon cBN LO et le déplacement d’énergie du phonon optique en diamant. c, phonon DOS calculé projeté sur des couches d’atomes. d, section efficace de diffusion EELS calculée. e, spectres EEL enregistrés en cBN (vert), en losange (bleu) et à l’interface (rouge). La courbe noire avec remplissage dégradé est la composante d’interface, qui ne peut pas être exprimée comme une combinaison linéaire de deux spectres de volume. f, Résultats de calcul correspondants. g, cartes EELS filtrées énergétiquement. Les lignes superposées sont des profils d’intensité moyennés dont le contraste a été ajusté pour plus de clarté. Les petites barres en haut de chaque carte sont des cartes calculées. Les fenêtres d’intégration énergétique sont indiquées par des nombres (en meV) dans le coin supérieur gauche de chaque carte et sont également ombrées en e. Dans toutes les cartes de couleurs, la de couleur inférieure est définie sur zéro. Crédit : École de physique, Université de Pékin

Les phonons – les quasiparticules qui décrivent les vibrations du réseau dans les solides – dictent directement diverses propriétés des systèmes à l’état solide, telles que la conductivité thermique, la mobilité des électrons, la stabilité structurelle et la supraconductivité conventionnelle. Étant donné que les structures des phonons dans les cristaux réels de faible dimension dépendent à la fois de l’espace et de l’espace réciproque, il est très difficile de les mesurer expérimentalement. Dans un article récent sur la nature, une équipe de recherche de l’Université de Pékin dirigée par le professeur Gao Peng a résolu ce problème avec leur nouvelle technologie appelée 4-D-EELS. Vous avez mesuré avec succès les modes de phonons (c’est-à-dire la densité d’états, la distribution spatiale et la relation de dispersion) à une interface hétéro entre le nitrure de bore cubique et le diamant. Cette étude est utile pour comprendre puis contrôler les propriétés des interfaces solides.

La description théorique des phonons a été bien développée au siècle dernier, comme le célèbre livre Théorie dynamique des réseaux cristallins écrit par le prix Nobel Max Born et le physicien chinois Huang Kun. Diverses sondes expérimentales ont également été développées pour mesurer les propriétés des phonons. A l’interface entre deux cristaux, en raison de l’effondrement de la symétrie de translation, de nouveaux modes de phonons peuvent apparaître qui diffèrent des matériaux à deux volumes. Les modes phonons localisés aux interfaces ont été prédits il y a des décennies, mais à ce jour, ils ont échappé à l’observation expérimentale directe car ils sont limités à plusieurs couches atomiques au voisinage de l’interface. Pour les étudier, une résolution spatiale de l’ordre du nanomètre, une résolution en énergie de l’ordre du milli-électron-volt et une sensibilité de détection ultra-élevée sont nécessaires à la fois ; Pour mesurer davantage leur relation de dispersion et les propriétés associées, la résolution de la quantité de mouvement est également requise. Aucune des techniques spectroscopiques conventionnelles ne peut répondre à ces exigences strictes.

Plus tôt cette année, le groupe de recherche de l’Université de Pékin a développé une méthode de spectroscopie de perte d’énergie des électrons (appelée 4-D-EELS) basée sur un microscope électronique à transmission à balayage. Cette technique offre des résolutions spatiales, énergétiques et impulsionnelles élevées avec une sensibilité de détection élevée, ce qui permet des mesures de dispersion des phonons à l’échelle nanométrique (Nature Communications, 12, 1179 (2021)). Il peut trouver un bon équilibre entre la résolution spatiale et la résolution en quantité de mouvement car il n’est qu’environ 15 % pire que la limite de diffraction – la limite théorique ultime fixée par le principe d’incertitude.

Dans son nouvel article intitulé « Measuring phonon dispersion at an interface » dans la nature, en utilisant comme exemple une interface hétéro nitrure de bore cubique/diamant, les auteurs ont d’abord mesuré la densité d’états de phonons locaux à l’échelle atomique, et ont réussi à observer des modes de phonons localisés à l’interface et des modes de phonons isolés de l’interface. Ensuite, ils ont mesuré le rapport de dispersion des modes interfaciaux avec une résolution spatiale et dynamique soigneusement équilibrée. Les observations expérimentales sont en bon accord avec les calculs du premier principe. On s’attend à ce que les modes d’interface observés influencent de manière significative la conductivité thermique à travers l’interface et la mobilité des porteurs du gaz d’électrons bidimensionnel à l’interface. La capacité de mesurer la dispersion locale des phonons devrait également être utile pour étudier les modes topologiques des phonons interfaciaux et même pour comprendre la supraconductivité interfaciale.


Ultra-rapide et couplé : oscillations atomiques dans le matériau quantique nitrure de bore


Plus d’information:
Ruishi Qi et al., Mesure de la dispersion des phonons à une interface, la nature (2021). DOI : 10.1038 / s41586-021-03971-9

Fourni par l’Université de Pékin

Citation: Des chercheurs observent des modes de phonons localisés à une interface hétéro (2021, 18 novembre), consulté le 20 novembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-11-localized-phonon-modes-heterointerface.html

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