Ученые научились управлять дефектами в наноматериалах для создания новых свойств

Исследователи могут создавать материалы, где разные участки имеют резко различную плотность и тип дефектов, что потенциально приводит к новым функциональным возможностям. Автор: The Mkhoyan Lab

Ученые-материаловеды из Университета Миннесоты в городах-близнецах нашли способ создавать и контролировать крошечные «несовершенства» внутри ультратонких материалов. Эти внутренние особенности, известные как протяженные дефекты, могут придать наноматериалам следующего поколения совершенно новые свойства, открывая дорогу для прогресса в нанотехнологиях.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что на структурированных участках материала можно достичь плотности протяженных дефектов — нарушений в кристаллической решетке на атомном уровне — в 1000 раз выше, чем на неструктурированных областях.

«Эти протяженные дефекты интересны тем, что они пронизывают весь материал, но занимают очень малый объем», — пояснил Андре Мхоян, профессор факультета химического инжиниринга и материаловедения Университета Миннесоты и старший автор исследования. — «Тщательно контролируя эти крошечные особенности, мы можем использовать свойства как самого дефекта, так и окружающего его материала».

Такой уровень контроля означает, что исследователи теперь могут проектировать материалы, где разные участки имеют резко различную плотность и тип дефектов, что потенциально приводит к появлению новых функций. Создавая очень высокую концентрацию дефектов по толщине материала, они могут создавать новые пленки, где нанометровые паттерны полностью определяются дефектами, что ведет к революционным свойствам материала.

«Мы разработали новый способ создания материалов, нанося крошечные, индуцирующие дефекты узоры на поверхность подложки до выращивания на ней тонкой пленки», — сообщил Суприя Гхош, аспирант лаборатории Мхояна и первый автор статьи.

Этот прорыв предоставляет способ контролировать крошечные внутренние особенности материалов. Хотя исследование было сфокусировано на перовскитных оксидах, ученые заявляют, что метод может работать с различными типами тонких материалов. Есть надежда, что в будущем электронные устройства смогут использовать преимущества этих дефектов.

Помимо Мхояна и Гхоша, в команду Университета Миннесоты вошли Джей Шах, Силу Го, Маянк Танвар, Донгхван Ким, Срейитх Наир, Мэтью Ньюрок, Туран Бирол и Бхарат Джалан с факультета химического инжиниринга и материаловедения, а также Фэндэн Лю, который также связан с факультетом электротехники и вычислительной техники.

Больше информации: Supriya Ghosh et al, Defect engineering in BaSnO₃ and SrSnO₃ thin films through nanoscale substrate patterning, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64522-8

Источник: University of Minnesota