导读

最近，德国耶拿大学的物理学家已经开发出一种创新方法，当纳米构件处于激活状态时，同时从其内部获取几种不同的信息。

背景

无论手机或者电脑的尺寸如何，这些电子器件的运行都要依赖不同材料之间的交互。为此，工程师和研究人员们需要了解计算机芯片或者晶体二极管内部有何种特殊的化学元素，以及这些元素结合时会发生什么化学反应。

创新

最近，德国耶拿大学的物理学家已经开发出一种创新方法，当纳米构件处于激活状态时，同时从其内部获取几种不同的信息。

（图片来源：Jan-Peter Kasper/FSU）

最近，耶拿大学的研究人员与他们的伙伴在专家期刊《科学进步》（Science Advances）杂志上报告了他们的最新发现。

技术

德国耶拿大学的教授 Carsten Ronning 博士表示，使用该方案，我们可以一次性获取信息，而且同时获取元素的组成。这也就是说关于元素之间的占比；关于它们的氧化度，意味着它们的价态或者键的性质；最后关于创建内部电场。

该项目的领头人 Ronning 补充说，这些都是组件功能的基本指标。然而，在耶拿大学物理学家和来自格勒诺布尔、马德里、维也纳的同事们开发的工序中，研究用到的组件无需费心准备，或者甚至有可能是毁坏的。Ronning 表示，总体上来说，当手机打开时，我们可以用X光照射它的二极管，而不会损伤它。

这个研究方案的决定性功能就是很好聚焦的X光射线。最初，耶拿大学的物理学家采用这种X光照射了一种为实验特制的器件。Ronning 教授表示，他们将砷和镓原子引入到200纳米厚的硅线中。当这些原子被加热时，它们聚焦到一点，也就是说它们大量聚集，制造出一个功能化组件。然后，他们沿着金属线发射50纳米宽的X光束，逐点照射。

（图片来源：维基百科）

研究人员已经在太阳能电池中采用了这一方案，这种混合材料结构将X光转化为电流，且只沿着一个方向流动，就像在二极管中。研究人员通过这种方式让内建电场可见，这一点对于研究组件功能来说是必不可少。此外，组件发射出光线。主导这一实验的 Andreas Johannes 博士表示，X光在构件中激发原子，从而发射出特征辐射。通过这种方式，他们获取了频谱，给我们关于单个元素有价值的信息和它们的相对比例。如果X光的能量发生改变，也被称为“X光吸收光谱”，让研究人员可以判断元素的氧化程度，同时也可以判断它们之间的结合。

Andreas Johannes 表示，现在通过他们的方法，一次测量可以获取所有的信息。尽管可以使用电子显微镜检查比较结果，但是在这些情况下，设备必须经过特殊准备，而且有可能受损，因为电子束的穿透深度受到了更多的限制。进一步说，这样测量只会发生在真空中，而X光方法完全独立于任何特定环境。

到现在为止，这样窄的X光只能通过粒子加速器生成，这也就是为什么耶拿大学的物理学家要和法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置（ESRF）紧密合作，开发出这种新型测量方法。

（图片来源：维基百科）

价值

这些设施可供科研和工业使用，为现有组件提供更精准的测量，最重要的是，这些材料的新组合可以制造出性能更好的材料。

Andreas Johannes 表示，举例来说，他们的方法对于开发新型电池很有帮助，因为研究人员想要测试它们，特别是在实用和完全可操作的状态下，例如判断元素的氧化度。

关键字

X射线、纳米、电子

参考资料

【1】http://www.uni-jena.de/en/Research+News/FM171208_Nanomessmethode_en.html

【2】Andreas Johannes et al.: In-operando X-ray imaging of nanoscale devices: composition, valence, and internal electrical fields, Science Advances 2017; DOI:10.1126/sciadv.aao4044 

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