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科學家發現了一種探索二維納米材料復雜轉變的新方法

文章來源：新能源網更新時間：2025-03-21 15:03:31

科學家們發現了一種探索二維納米材料復雜轉變的新方法。他們利用納米級振動膜觀察了極端溫度下機械和磁性的變化。相變，例如水凍結成冰或沸騰成蒸汽，會導致材料特性在特定溫度下發生劇烈變化。雖然這些轉變在日常材料中已被充分理解，但它們在納米尺度上的行為仍然是個謎。

代爾夫特理工大學領導的團隊現已展示了磁性和機械特性在納米材料中是如何緊密聯系在一起的，揭示了這些復雜的轉變，并為先進的傳感器技術開辟了新的可能性。

代爾夫特理工大學的科學家與瓦倫西亞大學和新加坡國立大學的同事合作，開發出一種開創性的方法來研究二維納米材料的復雜相變。他們的研究重點是 FePS 3，這是一種厚度僅為幾個原子的超薄材料。

通過懸浮FePS?的微小膜并在調節溫度的同時以高振幅振動它們，他們發現了該材料的振動在其相變溫度附近如何變化，從而為其磁性提供了新的見解。

“想象一個具有磁性結構的鼓，其中激光充當鼓槌，不斷使其振動，同時其節奏隨著溫度的變化而微妙地變化，”代爾夫特理工大學機械工程學院副教授 Farbod Alijani 解釋道。

“在溫暖的時候，這個磁鼓是松散的，它的磁自旋處于無序狀態，磁自旋是粒子的自然旋轉，使它們像小磁鐵一樣起作用。但是一旦冷卻，鼓就會收緊，旋轉就會恢復有序的模式?，F在，想象一下，在打鼓時，慢慢地將溫度從溫暖變為寒冷。當這樣做時，我們不僅會注意到鼓的感覺開始不同，而且這種變化并不平滑（線性）——它以復雜和不規則（非線性）的方式展開，影響其機械性能。”

相變溫度：臨界轉變

研究人員主要測量了相變過程中的這種非線性變化。通過使用納米級鼓，他們可以檢測到這種突然轉變發生的溫度，并詳細研究鼓的機械行為如何變化。“我們將相變溫度精確定位在 -160°C 左右，”Makars Šiškins 說道，他的博士論文啟發了這項研究。“此外，我們發現溫度變化引起的機械響應變化與材料的磁性和彈性直接相關。”

這些膜對內部和外部力都極其敏感。Šiškins 補充道：“這種敏感性使它們成為能夠檢測材料本身的微小環境變化或內部應力的傳感器的理想候選者。”

參與納米鼓研究的代爾夫特理工大學團隊，從左到右依次為：Herre van der Zant、Peter Steeneken、Makars Siskins、Farbod Alijani、Yaroslav Blanter。圖片來源：代爾夫特理工大學

該團隊計劃應用這種方法來揭開其他納米材料相變的秘密。合著者 Herre van der Zant表示：“在我們的實驗室中，我們將研究是否可以用納米鼓檢測所謂的自旋波。你可以將自旋波視為磁性材料中的信息載體，就像電子對于導電材料一樣。了解這些非線性過程為創新的納米機械設備（包括超靈敏傳感器）奠定了基礎。”

接下來，研究人員將專注于將這些發現轉化為實際應用，例如提高傳感器性能。

編譯自/ScitechDaily

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