«Фононы, коллективные возбуждения, которые управляют движением атомов в кристаллической решетке твердого тела, представляют особый интерес для ученых, потому что они влияют на физические свойства, такие как способность данного материала проводить электричество или тепло», — пояснил Франсуа К. Боке. , физик в Forschungszentrum Julich, научно-исследовательском центре в Юлихе, Германия. «Эти свойства важны, потому что они влияют на пригодность материала для использования в различных областях».«Проблема заключалась в том, что исследователям поверхности, использующим HREELS, может потребоваться очень много времени для измерения дисперсии фононов или чистой потери энергии под всеми углами. До сих пор было возможно измерять только один угол и одну потерю энергии за раз. , поэтому для измерения дисперсии может потребоваться больше суток. На самом деле, это может занять целую неделю, если вы случайно не выбрали подходящую кинетическую энергию для электронов в входящем пучке, потому что это влияет на интенсивность фононы и, следовательно, легкость их измерения ", — сказал Боке.
Для решения этих проблем Боке и его коллеги адаптировали инструмент, используемый для HREELS, с новыми компонентами, так что фононную дисперсию данного материала можно измерить за считанные минуты. На этой неделе они описывают свое устройство в журнале Review of Scientific Instruments от AIP Publishing.«Наш прибор состоит из двух основных компонентов, которые позволяют нам улучшить измерение фононной дисперсии», — сказал Боке, чьи исследования также финансируются Инициативным и сетевым фондом Ассоциации Гельмгольца. «Первый — это полусферический электронный анализатор, который более десяти лет успешно используется в фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. Второй — это источник электронов с высоким энергетическим разрешением, который был разработан собственными силами.
Его можно оптимизировать с помощью программного обеспечения, которое мы создается таким образом, что электроны входящего луча имеют желаемую кинетическую энергию и фокусируются на очень небольшой области на образце, которая соответствует полю зрения полусферического электронного анализатора ».Усовершенствованные временные рамки для определения дисперсии фононов имеют дополнительное преимущество, позволяя исследователям поверхности анализировать образцы, измерения которых до сих пор были слишком обременительными.«Специалисты по поверхности обычно работают в условиях вакуума, потому что поверхности, которые они изучают, должны быть чрезвычайно чистыми и не иметь никаких загрязнений. Однако, поскольку вакуум никогда не бывает идеальным, им обычно приходится прекращать измерения данного образца через несколько часов и готовить его снова.
Резка сокращение времени на измерение дисперсии означает, что теперь можно измерять образцы, которые трудно приготовить и которые недолговечны », — сказал Боке.Боке и его коллеги намерены использовать свое устройство для исследования материалов, связанных с графеном, хорошо известным веществом, которое вызвало большой интерес среди ученых в последнее десятилетие. Они также хотят узнать, какие материалы используют другие ученые, изучающие поверхность.
«Сейчас разрабатывается так много интересных новых материалов, физические свойства которых можно было бы понять более глубоко, если бы мы могли измерить их фононную дисперсию», — сказал Боке. «Эта информация поможет ученым и инженерам определить пригодность этих материалов для использования в новых устройствах, которые решают насущные глобальные проблемы».