科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種探索二維納米材料復(fù)雜轉(zhuǎn)變的新方法
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-03-21 15:03:31
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種探索二維納米材料復(fù)雜轉(zhuǎn)變的新方法。他們利用納米級(jí)振動(dòng)膜觀察了極端溫度下機(jī)械和磁性的變化。相變，例如水凍結(jié)成冰或沸騰成蒸汽，會(huì)導(dǎo)致材料特性在特定溫度下發(fā)生劇烈變化。雖然這些轉(zhuǎn)變?cè)谌粘２牧现幸驯怀浞掷斫猓鼈冊(cè)诩{米尺度上的行為仍然是個(gè)謎。
代爾夫特理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已展示了磁性和機(jī)械特性在納米材料中是如何緊密聯(lián)系在一起的，揭示了這些復(fù)雜的轉(zhuǎn)變，并為先進(jìn)的傳感器技術(shù)開辟了新的可能性。 代爾夫特理工大學(xué)的科學(xué)家與瓦倫西亞大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)的同事合作，開發(fā)出一種開創(chuàng)性的方法來(lái)研究二維納米材料的復(fù)雜相變。他們的研究重點(diǎn)是 FePS 3，這是一種厚度僅為幾個(gè)原子的超薄材料。 通過(guò)懸浮FePS?的微小膜并在調(diào)節(jié)溫度的同時(shí)以高振幅振動(dòng)它們，他們發(fā)現(xiàn)了該材料的振動(dòng)在其相變溫度附近如何變化，從而為其磁性提供了新的見解。 “想象一個(gè)具有磁性結(jié)構(gòu)的鼓，其中激光充當(dāng)鼓槌，不斷使其振動(dòng)，同時(shí)其節(jié)奏隨著溫度的變化而微妙地變化，”代爾夫特理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授 Farbod Alijani 解釋道。 “在溫暖的時(shí)候，這個(gè)磁鼓是松散的，它的磁自旋處于無(wú)序狀態(tài)，磁自旋是粒子的自然旋轉(zhuǎn)，使它們像小磁鐵一樣起作用。但是一旦冷卻，鼓就會(huì)收緊，旋轉(zhuǎn)就會(huì)恢復(fù)有序的模式。現(xiàn)在，想象一下，在打鼓時(shí)，慢慢地將溫度從溫暖變?yōu)楹洹．?dāng)這樣做時(shí)，我們不僅會(huì)注意到鼓的感覺開始不同，而且這種變化并不平滑（線性）——它以復(fù)雜和不規(guī)則（非線性）的方式展開，影響其機(jī)械性能。” 相變溫度：臨界轉(zhuǎn)變 研究人員主要測(cè)量了相變過(guò)程中的這種非線性變化。通過(guò)使用納米級(jí)鼓，他們可以檢測(cè)到這種突然轉(zhuǎn)變發(fā)生的溫度，并詳細(xì)研究鼓的機(jī)械行為如何變化。“我們將相變溫度精確定位在 -160°C 左右，”Makars Šiškins 說(shuō)道，他的博士論文啟發(fā)了這項(xiàng)研究。“此外，我們發(fā)現(xiàn)溫度變化引起的機(jī)械響應(yīng)變化與材料的磁性和彈性直接相關(guān)。” 這些膜對(duì)內(nèi)部和外部力都極其敏感。Šiškins 補(bǔ)充道：“這種敏感性使它們成為能夠檢測(cè)材料本身的微小環(huán)境變化或內(nèi)部應(yīng)力的傳感器的理想候選者。” 
參與納米鼓研究的代爾夫特理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)，從左到右依次為：Herre van der Zant、Peter Steeneken、Makars Siskins、Farbod Alijani、Yaroslav Blanter。圖片來(lái)源：代爾夫特理工大學(xué) 該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃應(yīng)用這種方法來(lái)揭開其他納米材料相變的秘密。合著者 Herre van der Zant表示：“在我們的實(shí)驗(yàn)室中，我們將研究是否可以用納米鼓檢測(cè)所謂的自旋波。你可以將自旋波視為磁性材料中的信息載體，就像電子對(duì)于導(dǎo)電材料一樣。了解這些非線性過(guò)程為創(chuàng)新的納米機(jī)械設(shè)備（包括超靈敏傳感器）奠定了基礎(chǔ)。” 接下來(lái)，研究人員將專注于將這些發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，例如提高傳感器性能。 編譯自/ScitechDaily |
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