Учёные впервые в реальном времени наблюдали и управляли перемещением отдельных атомов в кристалле

Совместная исследовательская группа из Института исследования металлов (IMR) Китайской академии наук и лаборатории Songshan Lake Materials Laboratory достигла прорыва в фундаментальной научной задаче атомного производства: они смогли не только точно контролировать, но и в реальном времени наблюдать структурные превращения на атомном уровне.

a. Структурная схема KTaO₃; b. Схема облучения электронным пучком в режиме STEM. Автор: IMR

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Используя просвечивающую электронную микроскопию, учёные зафиксировали динамические движения атомов тантала в кристаллах KTaO₃ и успешно вызвали точное структурное превращение материала в вольфрамовую бронзу (K₆Ta₁₀.₈O₃₀), определив ключевые управляющие параметры этого процесса.

Как было достигнуто превращение

Исследователи селективно «выбивали» атомы калия и кислорода из KTaO₃ с помощью контролируемой дозы и смещения электронного пучка. Это создавало вакансии (пустоты в кристаллической решётке), которые, в свою очередь, запускали миграцию более тяжёлых атомов тантала. Такое скоординированное атомное движение в итоге привело к превращению материала из перовскитовой структуры в стабильную тетрагональную фазу вольфрамовой бронзы в обычных условиях.

Эта работа закладывает важную научную основу как для «прецизионного изготовления», так и для «чёткого наблюдения» на атомном масштабе. Она раскрывает атомные механизмы движения атомов и структурных превращений, индуцированных электронным пучком, и одновременно прокладывает технический путь для атомного «скульптурирования» с помощью электронных пучков.

Комбинируя низкодозную фазово-контрастную визуализацию и расчёты теории функционала плотности, исследователи смогли чётко объяснить пути миграции атомов и лежащие в их основе движущие механизмы.

Эта работа предоставляет важную теоретическую и техническую поддержку для атомарного производства будущих функциональных оксидных электронных устройств.

Больше информации: Tong‐Tong Shi et al, In‐Situ Observation of Atom Motion and Manipulation of Structural Transformation, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202520290

Источник: Chinese Academy of Sciences