En nyligen UNSW-ledd artikel publicerad i Nature Communications presenterar ett spännande nytt sätt att lyssna på laviner av atomer i kristaller.
Atomers rörelse i nanoskala när material deformeras leder till ljudemission. Detta så kallade sprakande ljud är ett skalinvariant fenomen som finns i olika materialsystem som ett svar på yttre stimuli såsom kraft eller yttre fält.
Ryckiga materialrörelser i form av laviner kan sträcka sig över många storleksordningar i storlek och följa universella skalningsregler som beskrivs av maktlagar. Konceptet studerades ursprungligen som Barkhausen-brus i magnetiska material och används nu inom olika områden från jordbävningsforskning och övervakning av byggmaterial till grundläggande forskning som involverar fasövergångar och neurala nätverk.
Den nya metoden för mätningar av sprakande ljud i nanoskala som utvecklats av forskare från UNSW och University of Cambridge är baserad på SPM-nanoindentation.
"Vår metod tillåter oss att studera det sprakande ljudet från individuella nanoskalafunktioner i material, såsom domänväggar i ferroelektrik", säger huvudförfattaren Dr. Cam Phu Nguyen. "Typerna av atomlaviner skiljer sig åt kring dessa strukturer när materialet deformeras."
En av metodens mest spännande aspekter är det faktum att individuella nanoskaliga egenskaper kan identifieras genom att avbilda materialytan innan den dras in. Denna differentiering möjliggör nya studier som inte var möjliga tidigare.
I en första tillämpning av den nya teknologin har UNSW-forskarna använt metoden för att undersöka diskontinuiteter i ordnade material, så kallade domänväggar.
"Domänväggar har varit i fokus för vår forskning under en tid. De är mycket attraktiva som byggstenar för elektronik efter Moores lag", säger författaren Prof Jan Seidel, även han vid UNSW. "Vi visar att kritiska exponenter för laviner ändras på dessa nanoskala egenskaper, vilket leder till ett undertryckande av blandad kritik, som annars finns i domäner."
Ur perspektivet av applikationer och nya materialfunktioner, ger sprakande brusmikroskopi en ny möjlighet att generera avancerad kunskap om sådana egenskaper på nanoskala. Studien diskuterar experimentella aspekter av metoden och ger ett perspektiv på framtida forskningsriktningar och tillämpningar.
Mer information: Cam-Phu Thi Nguyen et al, Crackling noise microscopy, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40665-4
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av ARC Center of Excellence in Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET)
