日本电子ARM球差电镜用户研发的新材料将引起电子产业革命——记德克萨斯大学研究小组的诺奖级成果

日本电子

2016/01/18 15:27

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　　随着新成果在Science杂志上发表，来自德克萨斯大学的Arturo Ponce教授向我们展示了他是如何开展他的诺奖级工作的。通过使用日本电子的ARM系列球差校正电镜，Ponce教授发现并表征了结构类似石墨烯的二维材料——“硼墨烯”(borophene)。

用于观察硼墨烯的ARM系列球差校正电镜，摄于德克萨斯大学（2016.1.6）.jpg

用于观察硼墨烯的ARM系列球差校正电镜，摄于德克萨斯大学(2016.1.6)

　　“这真是激动人心的一刻，”Ponce教授说道“这项发现将会极大地促进电子设备的发展。”

　　在2010年曼彻斯特大学的科学家们因为发现石墨烯而获得诺贝尔奖，去年Arturo Ponce教授与Miguel Yacaman教授通过研究硼元素材料，又把这项工作向前推进了一步。由于硼元素的原子半径极小且质量极轻，所以它比构成石墨烯的碳元素更难以表征。得益于德克萨斯大学ARM球差矫正电镜的强大机能，这项研究工作得以顺利的展开。

　　但从使用角度来说，小而轻的单层硼元素——硼墨烯对于电子设备的进步具有很高的实用价值。由于极薄，硼墨烯能够如半导体一样传输各向异性的电子信号，且其传输的速度将远大于其他各类材料。类似的技术已被应用于一些新型电子设备，比如Apple Watch。而硼墨烯的使用能够让这类设备变得更小、更快、更灵活。

　　“在电子设备的设计与制造中，我们总是试图获得更小的元器件”Ponce教授说“得益于超薄的硼墨烯材料，我们将可以让一些电子器件更袖珍。”相信在未来的20年内大家将会用到装有硼墨烯器件的电子设备。

　　当样品极薄(比如硼墨烯或石墨烯这样的单层材料)时，一般透射电镜的扫描透射功能(STEM)经常无法取得原子级别的分辨率，这还是在不考虑电子束辐照损伤的基础上得到的结论。对于电子束敏感的轻元素(比如硼元素)来说，一切将变得更为困难。得益于ARM系列球差校正电镜的环形明场探测功能(ABF)，有效的把信息量较小的“噪音”信号——透射电子与大角度散射电子信号滤去，成功的获得了硼元素原子级别的ABF像，为研究的展开铺平了道路。