控制超薄材料微小的“缺陷”可能重塑纳米材料的未来

明尼苏达大学双城分校的材料科学家发现了一种方法，可以在超薄材料内部创建和控制微小的“缺陷”。这些内部特征被称为扩展缺陷，可能赋予下一代纳米材料全新的属性，为纳米技术的进步打开大门。

设计出不同缺陷密度和类型有巨大差异材料。图片：Mkhoyan 实验室

该研究发表在《自然通讯》上，证明了图案化的区域可以实现比未图案化区域高1000倍的扩展缺陷密度——即晶体晶格中的原子尺度中断。

“这些扩展缺陷令人兴奋，因为它们贯穿整个材料但占据的体积非常小。”明尼苏达大学化学工程与材料科学系教授安德烈·梅科扬说，并且他是这项研究《通过仔细控制这些微小特征，我们可以利用缺陷和周围材料的性质》的主要作者。

“这种程度的控制意味着研究人员现在可以设计出不同部分具有显著不同缺陷密度和类型的材料，这可能会带来新的功能。” 通过在材料厚度方向上集中引入大量缺陷，他们可以创造出新的薄膜，在这种薄膜中纳米级的图案完全由缺陷主导，从而导致革命性的材料性质。

“我们在生长薄膜之前，在基底表面制造了微小的、诱导缺陷的模式，找到了一种设计新材料的新方法，”Mkhoyan实验室的研究生、论文的第一作者Supriya Ghosh说道。

这种方法提供了一种控制材料中微小内部特征的方式。尽管研究主要集中在钙钛矿氧化物上，研究人员表示该方法可能适用于不同类型的薄材料。希望有一天电子设备能够利用这些缺陷。

明尼苏达大学的研究团队还包括Jay Shah、Silu Guo、Mayank Tanwar、Donghwan Kim、Sreejith Nair、Matthew Neurock、Turan Birol和Bharat Jalan，他们来自化学工程与材料科学系，以及Fengdeng Liu，他与电气与计算机工程系也有联系。该研究由国家科学基金会资助，并部分得到了明尼苏达大学材料研究科学与工程中心（MRSEC）、空军科学研究办公室和能源部的支持。

编撰自论文“通过纳米级衬底图案化对BaSnO3和SrSnO3薄膜进行缺陷工程”.自然通讯.2025.10相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于公开图库。