В течение многих лет исследователи знали, что свойства сложных материалов, таких как сплавы, зависят от того, как организованы атомы компонентов материала — i.е., где атомы вписываются в кристаллическую структуру материала. Но дьявол был в деталях.
«Мы знали, где в среднем находятся атомы, но мы также знали, что есть различия в материале — могут быть значительные смещения, когда атомы не вписываются в этот средний образец», — говорит доктор.
Дуг Ирвинг, доцент кафедры материаловедения и инженерии в NC State и соавтор статьи, описывающей новую работу.
«Однако для обнаружения этих искажений потребовались косвенные методы, которые было трудно интерпретировать, поэтому мы не могли полностью изучить, как атомная структура материала влияет на его свойства», — говорит доктор. Джеймс Лебо, доцент кафедры материаловедения и инженерии в NC State и автор статьи с описанием новой работы.
«Теперь мы придумали способ увидеть искажения напрямую, в атомном масштабе», — говорит ЛеБо. "Мы можем создать точную карту атомной организации, включая искажения, в материале.
Не только то, какие атомы вписываются в структуру, но и насколько они удалены друг от друга, и как искажения в структуре связаны с химией материала."
Работа основана на методе, разработанном Лебо, который называется вращающейся сканирующей просвечивающей электронной микроскопией (вращающийся STEM).
Чтобы проверить эту технику и узнать больше о связях между структурными искажениями и химическими связями, исследователи изучили сложный материал, называемый оксидом лантана, стронция, алюминия, тантала (LSAT). Они выбрали LSAT, потому что природа химических связей в материале сильно различается.
"Это беспорядок", — говорит Лебо. «Мы не знали, как сложность этих связей влияет на структурные искажения, и мы хотели посмотреть, даст ли нам возобновляемая STEM какие-либо идеи."
Это сделал.
Исследователи обнаружили, что более слабые химические связи, которые удерживают лантан и стронций в атомной структуре LSAT, сделали их более восприимчивыми к небольшим изменениям в их химической среде.
«Раньше мы никогда бы не смогли напрямую увидеть степень этого разброса», — говорит ЛеБо.
"Теперь, когда мы можем видеть эти тонкие искажения и знать, что их вызывает, следующий шаг — начать работу, чтобы понять, как эти структурные различия влияют на определенные свойства. В конечном итоге мы надеемся использовать эти знания, чтобы настроить свойства материала, манипулируя атомными искажениями."