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      作者:魯亦 來源:中國科學報 發布時間:2021/9/17 9:13:44
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      皮秒超聲波揭示什么是力

       

      該圖描述了皮秒超聲技術探測In2Se3中的原子鍵和vdW力。圖片來源:諾丁漢大學/Wenjing Yan課題組

      研究人員開發了一種在納米尺度上測量力和原子鍵的新方法,該方法揭示了聲音的速度取決于它經過的結構。

      英國諾丁漢大學和拉夫堡大學的科學家使用一種被稱為皮秒超聲的測量方法(類似于醫學用超聲波),來測量材料內的原子鍵合強度。相關論文近日發表在《高級功能材料》上。

      在日常生活中,力量是一切事物的基礎。從讓整個宇宙運行的引力,到電子間相互作用力,力是非常難以測量的,尤其是當力過大或過小時,尤其是在所謂的二維范德華(2D-vdW)材料中。

      這里,研究人員使用皮秒超聲測量強共價鍵和弱vdW力,而不破壞材料。這項技術使用高頻率(太赫茲),因此是非侵入性的。該研究將120飛秒的激光脈沖“泵”到2D材料薄片上,產生量化聲波的聲子。當聲子穿過材料時,它們與材料內的原子和化學鍵相互作用。這些聲子的性質能反映原子鍵的強度,然后研究人員通過第二個“探測”激光脈沖來測量。結果發現,聲音在同一物質的不同階段(結構)以非常不同的速度傳播。

      當穿過vdW材料時,超聲波聲波不會破壞晶體,只是輕微變形,這意味著結構可以被認為是一個“彈簧”系統。通過測量聲速和這些彈簧對變形的反應,研究人員可以提取原子之間的共價力和層之間的vdW力的相對強度。在高性能計算機的幫助下,他們可以估計不同堆積構型的這些力,并提出如何調整不同晶型vdW材料的彈性、電性甚至化學性質。

      相關論文信息:https://doi.org/10.1002/adfm.202106206

       
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