「原子レベルで薄い」材料の熱膨張を測定する新しい方法を開発(New method developed for measuring thermal expansion in ‘atomically thin’ materials)

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2024-06-28 ロスアラモス国立研究所(LANL)

ロスアラモス国立研究所のチームは、原子数層の二次元材料の熱膨張係数を直接測定する方法を開発しました。これにより、マイクロエレクトロニクス技術における熱関連の性能問題を解決する手助けが期待されます。従来、これらの薄い材料の熱膨張を正確に測定することは困難でしたが、チームは四次元走査透過電子顕微鏡と非円形電子ビームを用いた複雑な計算解析により、正確な測定に成功しました。特にタングステンジセレナイドの薄膜の熱膨張が、従来のバルク材料と類似していることが確認され、これはマイクロエレクトロニクス分野において有望な発見です。この研究成果はACS Nanoの表紙に選ばれました。

<関連情報>

四次元走査透過電子顕微鏡によるエピタキシャルWSe2の熱膨張係数の直接測定 Direct Measurement of the Thermal Expansion Coefficient of Epitaxial WSe2 by Four-Dimensional Scanning Transmission Electron Microscopy

Theresa M. Kucinski, Rohan Dhall, Benjamin H. Savitzky, Colin Ophus, Rijan Karkee, Avanish Mishra, Enkeleda Dervishi, Jung Hoon Kang, Chul-Ho Lee, Jinkyoung Yoo, and Michael T. Pettes
ACS Nano  Published:June 27, 2024
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.4c02996

Abstract

「原子レベルで薄い」材料の熱膨張を測定する新しい方法を開発(New method developed for measuring thermal expansion in ‘atomically thin’ materials)

Current reports of thermal expansion coefficients (TEC) of two-dimensional (2D) materials show large discrepancies that span orders of magnitude. Determining the TEC of any 2D material remains difficult due to approaches involving indirect measurement of samples that are atomically thin and optically transparent. We demonstrate a methodology to address this discrepancy and directly measure TEC of nominally monolayer epitaxial WSe2 using four-dimensional scanning transmission electron microscopy (4D-STEM). Experimentally, WSe2 from metal–organic chemical vapor deposition (MOCVD) was heated through a temperature range of 18–564 °C using a barrel-style heating sample holder to observe temperature-induced structural changes without additional alterations or destruction of the sample. By combining 4D-STEM measurements with quantitative structural analysis, the thermal expansion coefficient of nominally monolayer polycrystalline epitaxial 2D WSe2 was determined to be (3.5 ± 0.9) × 10–6 K–1 and (5.7 ± 2) × 10–5 K–1 for the in- and out-of-plane TEC, respectively, and (3.6 ± 0.2) × 10–5 K–1 for the unit cell volume TEC, in good agreement with historically determined values for bulk crystals.

1700応用理学一般
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