用微小鼓解码纳米材料相变

当水结冰或沸腾成蒸汽时，其性质在特定温度下会发生巨大变化。这些所谓的相变是理解材料的基础。但是这种转变在纳米材料中是如何表现的呢

在《自然通讯》杂志上，由代尔夫特理工大学（荷兰）领导的一个科学家团队对磁性纳米材料相变的复杂性提出了新的见解。他们的发现揭示了磁性和机械性能之间的耦合，为超灵敏传感器铺平了道路

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一起研究了二维纳米材料FePS₃, 它只有几个原子厚。他们首次开发了一种方法，可以更深入地了解这种材料的高度复杂的相变

通过使用FePS 3的微小悬浮膜，该团队在扫描温度的同时以高振幅振动材料。这揭示了材料的振动在相变温度附近是如何变化的，以及随之而来的磁性能

代尔夫特理工大学机械工程学院副教授Farbod Alijani解释说：“想象一下，一个具有磁性结构的鼓，激光充当鼓棒，不断地使其振动，同时其节奏随着温度的变化而微妙地变化。”

“在温暖的时候，这个磁鼓是松散的，它的磁自旋是粒子的自然转动，使它们像小磁铁一样起作用，处于无序状态。但一旦变冷，鼓就会收紧，自旋突然变成有序的模式。现在，想象一下，在击鼓时，你慢慢地将温度从温暖变为寒冷。

”当你这样做的时候，你注意到没有只有当鼓开始感觉不同时，而且这种变化不是平稳的（线性的）——它以复杂和不规则的（非线性的）方式展开，影响其机械性能。“

研究人员基本上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是如何变化的。”MakarsŠiškins说，他的博士工作启发了这项研究。

“此外，我们发现温度变化驱动的机械响应的变化与材料的磁性和弹性直接相关。“

这些膜对内力和外力都非常敏感。Šiškins补充道：”这种灵敏度使它们成为能够检测甚至非常小的环境变化或材料本身内部应力的传感器的理想候选者。“

该团队计划应用这种方法来揭示其他纳米材料相变的秘密。

合著者Herre van der Zant说：“在我们的实验室里，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，就像电子用于导电材料一样。Alijani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。他指出：“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。”