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科学家发现了一种探索二维纳米材料复杂转变的新方法

文章来源：新能源网更新时间：2025-03-21 15:03:31

科学家们发现了一种探索二维纳米材料复杂转变的新方法。他们利用纳米级振动膜观察了极端温度下机械和磁性的变化。相变，例如水冻结成冰或沸腾成蒸汽，会导致材料特性在特定温度下发生剧烈变化。虽然这些转变在日常材料中已被充分理解，但它们在纳米尺度上的行为仍然是个谜。

代尔夫特理工大学领导的团队现已展示了磁性和机械特性在纳米材料中是如何紧密联系在一起的，揭示了这些复杂的转变，并为先进的传感器技术开辟了新的可能性。

代尔夫特理工大学的科学家与瓦伦西亚大学和新加坡国立大学的同事合作，开发出一种开创性的方法来研究二维纳米材料的复杂相变。他们的研究重点是 FePS 3，这是一种厚度仅为几个原子的超薄材料。

通过悬浮FePS?的微小膜并在调节温度的同时以高振幅振动它们，他们发现了该材料的振动在其相变温度附近如何变化，从而为其磁性提供了新的见解。

“想象一个具有磁性结构的鼓，其中激光充当鼓槌，不断使其振动，同时其节奏随着温度的变化而微妙地变化，”代尔夫特理工大学机械工程学院副教授 Farbod Alijani 解释道。

“在温暖的时候，这个磁鼓是松散的，它的磁自旋处于无序状态，磁自旋是粒子的自然旋转，使它们像小磁铁一样起作用。但是一旦冷却，鼓就会收紧，旋转就会恢复有序的模式。现在，想象一下，在打鼓时，慢慢地将温度从温暖变为寒冷。当这样做时，我们不仅会注意到鼓的感觉开始不同，而且这种变化并不平滑（线性）——它以复杂和不规则（非线性）的方式展开，影响其机械性能。”

相变温度：临界转变

研究人员主要测量了相变过程中的这种非线性变化。通过使用纳米级鼓，他们可以检测到这种突然转变发生的温度，并详细研究鼓的机械行为如何变化。“我们将相变温度精确定位在 -160°C 左右，”Makars Šiškins 说道，他的博士论文启发了这项研究。“此外，我们发现温度变化引起的机械响应变化与材料的磁性和弹性直接相关。”

这些膜对内部和外部力都极其敏感。Šiškins 补充道：“这种敏感性使它们成为能够检测材料本身的微小环境变化或内部应力的传感器的理想候选者。”

参与纳米鼓研究的代尔夫特理工大学团队，从左到右依次为：Herre van der Zant、Peter Steeneken、Makars Siskins、Farbod Alijani、Yaroslav Blanter。图片来源：代尔夫特理工大学

该团队计划应用这种方法来揭开其他纳米材料相变的秘密。合著者 Herre van der Zant表示：“在我们的实验室中，我们将研究是否可以用纳米鼓检测所谓的自旋波。你可以将自旋波视为磁性材料中的信息载体，就像电子对于导电材料一样。了解这些非线性过程为创新的纳米机械设备（包括超灵敏传感器）奠定了基础。”

接下来，研究人员将专注于将这些发现转化为实际应用，例如提高传感器性能。

编译自/ScitechDaily

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