Ny studie: Avslöjar den detaljerade strukturen på aluminiumoxids yta, en vetenskaplig gåta länge olöst.

StockholmForskare vid TU Wien och Wiens universitet har klarlagt strukturen hos ytan på aluminiumoxid, ett problem som har förvirrat forskare i många år. Aluminiumoxid (Al2O3) är en utmärkt isolator och spelar en viktig roll inom områden som elektroniska komponenter och katalytiska stöd. Att förstå ytan på dess struktur är viktigt eftersom det påverkar hur den reagerar och interagerar kemiskt.

Forskare syftade till att ta reda på hur atomerna är arrangerade på ytan av aluminiumoxid. Medan atomerna inuti kristallen förblir i ett bestämt mönster, är atomerna på ytan ordnade annorlunda. Att fastställa denna layout har varit svårt eftersom aluminiumoxid är en stark isolator. För att studera ytan använde forskarna sig av icke-kontakt atomkraftmikroskopi (ncAFM). Denna metod innebär:

En vass spets är monterad på en kvartsgaffel. Spetsen rör sig nära ytan under avsökningen. När spetsen påverkar atomerna på ytan, förändras frekvensen.

Forskare har upptäckt ett sätt att se var atomer befinner sig genom att lägga till en enda syreatom till sitt verktyg. Detta hjälpte dem att skilja mellan syre- och aluminiumatomer genom att känna av krafterna av repulsion och attraktion.

Läs också:

Idag · 11:05

Ny studie visar: Bariatrisk kirurgi är säker och effektiv för svårt överviktiga patienter i behov av hjälp

Upptäckten är betydelsefull eftersom den visar att materialets yta förändras av sig själv. Aluminiumatomer flyttar djupare in i materialet för att binda sig med syreatomer under ytan. Detta sänker energin och gör strukturen mer stabil utan att ändra förhållandet mellan aluminium och syre. Denna nya insikt kan leda till framsteg inom flera områden.

Avancerade maskininlärningsalgoritmer och traditionella metoder har bidragit till att förbättra en tredimensionell modell av denna komplexa yta. Genom att överväga tusentals möjliga arrangemang av atomer under ytan har datormodeller testat många scenarier för att hitta en stabil struktur. Kombinationen av experimentella tekniker och datorbaserad modellering har varit avgörande.

Upptäckterna gäller inte bara aluminiumoxid. De tekniker och principer som upptäckts kan tillämpas på andra isolatorer och material. Detta kan förändra områden som katalys och materialvetenskap. En bättre förståelse för ytkonstruktioner kan leda till mer effektiva katalysatorer och förbättrade keramiska isolatorer för avancerad teknologi.

Denna upptäckt löser inte bara ett gammalt vetenskapligt problem, utan den banar även väg för fler forskningar och nya teknologier. De skyddade delarna av experimentet säkerställer att denna nya metod förblir säker för framtida studier. Forskare överallt kan använda dessa resultat för att utforska nya material och industriella metoder, vilket kan leda till stora teknologiska genombrott.