纳米尺度玻璃建模:晶体基板上3纳米厚玻璃界面的分子动力学模型
玻璃的含义远比我们看到的要深。
玻璃是一种无序的材料，没有长期的化学顺序，它有一些神秘的性质，几十年来一直是谜。
其中，反常振动状态有助于在低温热容。早期的研究人员确定，这些状态服从玻色-爱因斯坦统计，这个名字被保留下来，所以今天这个特征被称为玻色子峰值。
一般认为，这些振动态是由玻色子类声子准粒子在强无序玻璃环境中的衰变引起的。
FLEET的合作伙伴卧龙岗大学、RMIT和ANSTO最近的合作工作揭示了厚度为2纳米的超薄氧化铝状态密度中波色子峰的频率。
实验验证:铝粒子球包裹在薄氧化铝皮的中子能谱研究
非晶氧化铝是一种重要的玻璃，在电子工业中用作介电层，在新兴的量子计算领域中，它在约瑟夫森势垒结中扮演势垒的角色。
然而令人惊讶的是，由于氧化铝在宏观尺度上的热力学不稳定，其许多基本性质仍然未知。
UoW /RMIT团队通过专注于纳米级玻璃来克服这一问题，在铝球的核壳颗粒包裹在天然氧化铝的薄皮中。你可以把它想象成一个煮熟的鸡蛋，内部是铝固体“蛋黄”，外面是一层薄薄的氧化铝外壳。
有了这些新颖的(且具有轻微爆炸性的)样品，他们在FLEET合作组织之一的ANSTO部署了中子能谱，以测量核心壳层粒子的晶格振动。
理论建模与实验验证相结合:将分子动力学模型叠加在晶芯与氧化壳界面的TEM图像上。(图片来源:Martin Cyster)
通过研究不同的颗粒尺寸，改变了核心:外壳的相对比例，使该小组能够将“蛋黄”铝的贡献与氧化铝“外壳”分开。
利用小颗粒增强表面对比度，该小组揭示了玻色子峰值的太赫兹频率特征，这与理论计算很好地一致。
“我很高兴看到Cole小组的分子动力学和我们的中子实验之间的匹配，”主要作者David Cortie说，“我们预测超薄材料和异质界面的振动和电子特性的能力逐年提高。”
由于晶格振动是电子耗散的主要来源，新的测量结果有助于确定通过超薄氧化铝控制传热的方法。这在电子产品之外还有一些令人惊讶的影响，因为如果能减少热传递问题，用于火星外探险的下一代航天器可能会使用铝/氧化铝燃料。
合著者(实验性):FLEET AI博士David Cortie(卧龙岗大学)
在另一项研究中，该小组还发现了氢以H的形式存在的明确证据2O和羟基在氧化铝表面上四处飞舞，并报告了一种使用热处理程序去除这些天然表面缺陷的方法。
“我们并没有开始研究氢，”主要合著者贾里德·科尔说，“然而，我们如此清楚地观察到它可能是非常偶然的。氢是量子超导电路中重要的表面杂质，这样的实验是了解它的行为以及如何减轻其影响的有用方法。”
通常情况下，用标准技术几乎看不见氢，但氢的中子散射强度是其他元素的十倍，因为它们是通过核力而不是电磁相互作用相互作用的。在超低温下，氢在两能级系统中的量子隧道是解释主要量子计算方案退相干来源的候选。
合著者(理论)FLEET CI教授Jared Cole (RMIT)
研究'用中子能谱法研究超薄氧化铝层中的玻色子峰发表于物理评论研究2020年6月(DOI 10.1103/physrevresearch.2.023320)。
作为FLEET实验家(伍伦贡大学/ANSTO)和理论家(RMIT)之间的合作，这项研究代表了两个ARC卓越中心之间的研究伙伴关系，由ARC激子科学卓越中心的Martin Cyster博士(RMIT)领导的分子动力学建模。
这项工作得到了ARC未来低能电子技术卓越中心(FLEET)的支持ARC激子科学卓越中心和ANSTO beam grant。高性能计算由RAIJIN超级计算机实现国家计算基础设施(NCI)。
ANSTO - the澳大利亚核科学技术组织-是FLEET的合作机构，该机构运营着澳大利亚中子散射中心，该中心是澳大利亚唯一的研究核反应堆OPAL。有关澳大利亚中子散射的更多信息，请访问acn网站．有关新闻、网络研讨会和学生机会，请访问澳大利亚中子束用户组(ANBUG.net）.
—写的David Cortie博士卧龙岗大学
