Недавно, из University of Illinois, University of Michigan,Государственный университет ПенсильванииКристен А. Фихторн, Шарон С. Глоцер, Qian Chen в качестве соавтора в журнале Nature опубликовал статью под названием « Patchy nanoparticles by atomic stencilling».

Исследователи предложили инновационный метод атомных шаблонов для подготовки наночастиц с полимерными пятнами на поверхности (НПВ)). Традиционные шаблонные технологии в основном основаны на микропроизводственных методах вверх и вниз, таких как фотолитография, посредством графического оформления на маске. Однако эти методы ограничены в дальнейшем уменьшении размеров характеристик и применении к сложным трехмерным поверхностям. В отличие от этого, разработанный исследователями закон атомных шаблонов использует процесс самосборки снизу вверх для точного картирования наноуровня с помощью химических реакций или физических взаимодействий.

В этом исследовании исследователи использовали поверхностно - адсорбированный субмонослой йодида в качестве маски и покрыли полимеры незащищенными областями с помощью адсорбции, что позволило успешно подготовить до 20 различных типов наночастиц с высокооднородными полимерными пятнами на поверхности. Используя теорию масштабирования полимеров и моделирование молекулярной динамики, команда обнаружила, что пятнистые частицы, генерируемые этим методом, имеют беспрецедентную уникальную форму. Эти наночастицы с полимерными пятнами из - за их очень однородных пятен могут быть собраны в различные неплотные суперрешетки.

Это исследование не только сделало важный прорыв в нанометрической картографии, но и открыло новые возможности для точной химии, реактивности и контроля взаимодействия с другими базами. Ожидается, что эта технология будет широко использоваться в таких областях, как точная доставка лекарств, катализ, микроэлектроника, интегрированные метаматериалы и тканевая инженерия.

Рисунок: Октаэдр, завернутый йодидом

Результаты исследования сверхрешетки Non - van der Waals были опубликованы в журнале Nature под названием « Non - van der Waals superlattices of carbides and carbonitrides». Ян Шубинь, факультет материаловедения и инженерии Пекинского университета аэронавтики и астронавтики, является автором связи.

Традиционно искусственные сверхрешетки создаются из атомных слоев путем стратификации или последовательного эпитаксиального роста, таких как графеновые сверхрешетки. Эта сверхрешетка Ван - дер - Вальса ограничивает улучшение производительности из - за слабой связи интерфейса. Исследовательская группа предложила эффективный метод синтеза, который успешно создал ряд сверхрешёток, не связанных с Ван - дер - Вальсом, для карбидов и углеродных нитридов. Эти сверхрешетки соединяются водородными связями между слоями и достигаются с помощью стратегий завивки, проводимых с помощью посредников жесткости.

Ключевым шагом в исследовании является настройка жесткости изгиба атомного слоя, выводимого из фазы MAX, путем создания металлических вакансий в слое MX, что приводит к упорядоченной завивке при быстром изгибе и деформации. В отличие от сверхрешетки Ван дер Вальса, эти не - VDW - сверхрешетки имеют водородные связи, обеспечивающие мощную межслойную электронную связь, высококонцентрированные зарядовые заряды (10)²²cm^{− 3}В)). Таким образом, эти сверхрешётки показывают около 30 000   S cm^{− 1}Значительная электропроводность примерно в 22 раза выше, чем у его аналогов.

В применении защиты от электромагнитных помех оптимальная не - VDW сверхрешетка демонстрирует превосходный эффект защиты 124dB, превосходящий любой известный синтетический материал с аналогичной толщиной. Ожидается, что не - VDW - сверхрешетки значительно расширят материальную платформу, обеспечивая разнообразный состав и кристаллическую структуру, что открывает возможности для новых разработок в системах искусственного укладки.

Рисунок: TEM - представление сверхрешетки

Политехнический институт Ренсселера,Государственный университет ФлоридыYunfeng Shi, Hanwei Gao, Jian Shi опубликовал результаты исследования « Long - distance remote epitaxy» в качестве корреспондента. Исследование выявило новые прорывы в технологиях дальнего распространения, которые открывают новые возможности для развития электронных и фотоэлектронных устройств.

Дистанционная экстенсивность - это технология, которая устанавливает экстенсивные отношения между тонкой пленкой и фундаментом посредством удаленного взаимодействия, которое обеспечивает рост высококачественного монокристаллического эпитаксиального слоя и перенос его на другие важные фундаменты. Традиционно считается, что дальность действия удаленного расширения составляет менее 1 нанометра, поскольку потенциал быстро распадается после нескольких атомных расстояний. Тем не менее, исследования, проведенные командой профессора Цзяна Ши, показывают, что дистанционная экстенсивность может достигать расстояния от 2 до 7 нанометров.

В экспериментах исследователи успешно реализовали дальнюю экстенсию пленки CsPbBr3 на базе NaCl, удаленную экстенсию пленки KCl на базе KCl и удаленную экстенсию микростержня ZnO на GaN. Исследование выявило дислокацию под каждым удаленным расширением микростержня ZnO под базой Gan, что указывает на то, что удаленное расширение может быть спроектировано и сконструировано путем управления дефектами.

Дистанционная экстенсивность - это новая технология экстенсивного роста, которая, как ожидается, откроет широкие возможности для проектирования передовых электронных и фотоэлектронных устройств, выходящих за рамки концепции соответствия решетки. При дистанционной экстенсивности типичный однослойный двумерный материал действует как электростатический полупрозрачный буфер, а потенциал фундамента ослаблен, но все еще достаточно силен, чтобы направлять образование и рост атома. Слабое взаимодействие между пленкой и фундаментом позволяет тонкопленочным компонентам перемещаться на другие химически или структурно совершенно разные фундаменты на последующих этапах.

Исследовательская группа продемонстрировала применение технологии удаленной экстенсивности в различных материалах, включая GaAs, InP, GaP, VOneneneek, SrTiO₃Батио₃Кофе ₂O₄и Y₃Фе₅О₁₂Пб (Мг)_{1 / 3}Нб_{2 / 3}О)₃- PbTiO₃и CsPbBr₃、 Gan, ZnO и Aln, а также дальняя экстенсивная пленка для различных конструкций и реализаций устройств, включая реконструируемые диоды, магнитоэлектрические устройства, светодиоды, фотодетекторы и электронную кожу.

Потенциальное применение этой технологии не ограничивается ростом высококачественных монокристаллических пленок, но также может улучшить производительность и свободу проектирования электронных и фотоэлектронных устройств. Этот прорыв в дистанционном масштабировании открывает новые перспективы для будущих материаловедения и инженерных применений.

Рис. Расширенный рост ЗНО на a - C / gan

Чжоу Пэн и Лю Чуньсен из Фуданьского университета опубликовали результаты исследования « A full - featured 2D flash chip enabled by system integration».

В статье описывается полнофункциональный чип флэш - памяти NOR с 2D - материалом в качестве ядра, который интегрирует систему через устройства атомного класса в технологию чипов (ATOM2CHIP). Эта технология сочетает в себе превосходную 2D - электронику в качестве ядра хранения и оснащена мощной платформой CMOS для поддержки сложного управления инструкциями. Технический план ATOM2CHIP включает в себя полный стек чипов и кросс - платформенный дизайн системы, обеспечивая полную основу для перехода от концепции нового устройства к применимому чипу.

Этот процесс полного стека чипов специально разработан для процессов, которые включают в себя плоскую интеграцию, трехмерную архитектуру и упаковку чипов, обеспечивая высокую производительность 94,34%. Кроссплатформенная система была спроектирована для проверки совместимости 2D - схем с модулями 2D - CMOS, что в конечном итоге привело к полному функциональному чипу с 8 - битными командами и 32 - битным параллельным командным приводом высокой сложности.

В статье показано, что 2D - материалы демонстрируют превосходные электронные свойства даже при однослойной толщине, а гетерогенная структура Ван дер Ваальта позволяет тонко регулировать электронную полосу. Эти характеристики позволяют 2D - электронике продолжать масштабирование кремниевой технологии и создавать фундаментальные механизмы устройства. В качестве интегральной схемыПолупроводниковое оборудованиеОдна из демонстраций, 2D - флэш - память демонстрирует преимущества более быстрого программирования туннеля Fowler - Nordheim и лучшего масштабирования длины канала, чем кремниевая флэш - память (основная технология хранения данных, не связанная с уязвимостью).

В последние годы исследования по интеграции 2D - полупроводников привлекают все больше внимания как в промышленности, так и в академических кругах. 2D электроника и зрелый кремнийЛогические схемы CMOSСочетание станет идеальным способом продемонстрировать преимущества 2D - электроники на системном уровне и ускорить переход от лаборатории к заводу. Исследования в этой статье предлагают эффективную стратегию системной интеграции, демонстрируя преимущества 2D - электронных систем.

Изображение STEM - чипа 2D - флэш - памяти

Недавно Чжао Исинь, Чэнь Юэтянь, Мяо Яньфэн и Го Юншэн из Шанхайского университета Цзяотун опубликовали в Nature в качестве соавторов статью под названием « A matrix - confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules».

Из - за своих превосходных фотоэлектрических свойств перовскитовый материал в последние годы стал горячей точкой для исследований в области фотоэлектрической энергии. Эффективность преобразования энергии перовскитных солнечных батарей (ПЦЕПостепенное приближение к коммерческим кремниевым батареям проложило путь для их промышленного применения. Тем не менее, большинство эффективных перевёрнутых перовскитовых солнечных батарей в настоящее время по - прежнему сталкиваются с многочисленными проблемами из - за проблем с накоплением и гидрофобией самосборных молекул (SAMs).

Чтобы решить эту проблему, команда предложила стратегию « самосборки молекулы - матрицы » (SAM - in - matrix), которая разрушает проблему агрегации, вызванную первоначальным накоплением молекул, распределяя часть самосборки молекул в стабильных трех (пентафторфенил) борных матрицах. Результаты моделирования и экспериментов с двухмерной решеткой Монте - Карло показывают, что эта стратегия может создать эффективный канал передачи заряда. Устройства, основанные на этом SAM - in - matrix - дырочном транспортном слое (HTL), демонстрируют, как правило, более высокую эффективность в различных самосборных молекулах, плотное поверхностное покрытие, хорошую электропроводность и значительно уменьшенные погребенные нанопробелы. Кроме того, стратегия демонстрирует значительный потенциал для применения в крупномасштабном производстве.

Использование SAM - in - matrix HTL на базе FTO / NiOx помогает формировать крупномасштабные пленки из титаново - кальциевых руд с хорошей кристаллической массой и повышенной электропроводностью. В конце концов, команда успешно подготовила крупномасштабный перовскитовый солнечный модуль площадью 1 м х 2 м и установила новый рекорд с сертификационной эффективностью 20,05%.

Рисунок: Перовскит в NiOx / Me4PA@BCF Диаграмма HRTEM подложки

Недавно Шанхайский университет науки и техники Юй Йи, бельгийский университет Антверпена Тимоти Пенникок и американский университет Пердью Ду Летиан опубликовали в Nature исследование под названием « Atomically resolved edges and defects in lead halide perovskites». Их исследование выявило детальную атомную структуру и динамические свойства свинцовых галогенидов перовскитов краев и дефектов материала.

Галогенид свинца перовскит является органическо - неорганическим полупроводниковым материалом с превосходной рентабельностью и интересными фотоэлектрическими свойствами, которые привлекают большое внимание. Однако из - за его высокой чувствительности до сих пор было трудно получить четкое изображение его края. Исследовательская группа использовала усовершенствованную технологию четырехмерной сканирующей просвечивающей электронной микроскопии для получения перекрывающихся изображений в очень низких дозах, впервые раскрывая структуру краевых и внутренних дефектов перовскита с атомным разрешением. Исследование показало, что в йодиде метиламмония - свинца (MAPbI3) преобладают периферийные окончания метиламмония и йода, а частота повреждения краевых и внутренних дефектов связана с концентрацией и типом имеющихся свободных мест, особенно с более высоким уровнем повреждения.

Перовскиты привлекают большое внимание в солнечных приложениях из - за их высокой эффективности, простоты изготовления, регулируемых свойств и многоцелевого использования. Однако решение проблем периферии, недостатков и стабильности имеет решающее значение для реализации ее потенциала. Конструктивная форма перовскита - ABX3, в которой A представляет моновалентный катион, B - металлический катион, X - галогенный анион. Элементы играют различную, но ключевую роль в стабильности перовскита. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что низкое распределение бита B, вероятно, является наиболее нестабильным и может значительно повысить стабильность и фотоэлектрическую эффективность за счет пассивации различных молекул Луизиана. Однако из - за проблем с формированием изображений с атомным разрешением этих высокочувствительных материалов атомное понимание остается ограниченным.

Исследование не только предоставляет важную информацию атомного уровня для понимания края и дефектов галогенированного свинца перовскита, но и предлагает новые идеи и методы для повышения эффективности и стабильности солнечных элементов перовскита в будущем.

Изображение: MAPBI₃Изображение с атомным разрешением

Недавно Кан Фэйю, Хэ Яньбинь, Лу Вэй и Хоу Тинчжэн из Шэньчжэньского международного института последипломного образования Университета Цинхуа совместно с Яном Цюаньхуном из Тяньцзиньского университета опубликовали в « Nature» исследовательскую статью под названием « A ductile solid electrolyte interphase for solid - state batteries». Это исследование предлагает инновационные решения для огромных проблем, с которыми сталкиваются твердотельные литий - металлические батареи (SLMBs) в реальных условиях работы.

Твердотельные литий - металлические батареи считаются одним из наиболее перспективных кандидатов для электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии. Однако в реальных условиях высокой емкости и высокой плотности тока неконтролируемый рост литиевых дендритов серьезно препятствует их коммерческому применению. Существующие твердотельные полимерные электролиты (SPEs), хотя и превосходят твердотельные неорганические электролиты с точки зрения сродства интерфейса, их ионной проводимости и стабильности недостаточно для достижения равномерной и быстрой транспортировки ионов лития. Даже при значительном увеличении ионной проводимости с помощью микроструктурной конструкции или комбинированного производства SPEs (CSPES) в сочетании с керамикой батареи по - прежнему трудно достичь цели плотности тока выше 5 мА / см² и емкости площади 5 мАч / см² в соответствии с фактическими требованиями быстрой зарядки SLMBs.

Исследовательская группа обнаружила, что, хотя традиционный твердый электролитный интерфейс (SEI), богатый фторидом лития (LiF), может подавлять проникновение лития, присущая ему хрупкость и диффузия ионов лития затрудняют поддержание целостности интерфейса при высокой плотности тока и большой площади, что приводит к серьезному росту литиевых дендритов, побочным реакциям и растрескиванию интерфейса. Для этого команда разработала вязкий SEI, богатый компонентами сульфида серебра (Agneneneed S) и фторида серебра (AgF). Этот SEI имеет симметричную богатую неорганическую структуру на стороне электролита, а на стороне лития - металла - литиево - серебряную / литиевую структуру, обеспечивающую высокую структурную стабильность и быструю транспортировку ионов при высокой плотности тока и большой площади.

Эксперименты показали, что даже при высокой плотности тока 15 мА / см² и емкости площади 15 мАч / см² симметричные литиевые батареи, использующие SEI, имеют длительный срок службы более 4500 часов. Кроме того, даже при низких температурах - 30 °C, при реальных условиях 5 мА / см² и 5 мАч / см², этот вязкий SEI может работать более 7000 часов.

Исследование предлагает практическую схему для твердотельных литий - металлических батарей с длительным циклом, которые сохраняют высокую производительность даже в экстремальных условиях. Это открытие имеет большое значение для будущего развития электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии.

Изображения замороженных зеркал SEI