В борофене границы не являются барьером

ВЫПУСК НОВОСТЕЙ

Примечание редактора: ссылки на изображения с высоким разрешением для загрузки приведены в конце этого выпуска.

Дэвид Рут
713-348-6327
[email protected]

Майк Уильямс
713-348-6728
[email protected]

Хьюстон - (16 июля 2018 г.) - борофен, атомно-плоская форма бора с уникальные свойства Еще более интересно, когда разные формы материала смешиваются и смешиваются, считают ученые из Райс и Северо-Западных университетов.

Ученые в учреждениях создали и проанализировали борофен с различными решетками и обнаружили, насколько поддаются различные структуры объединению в новые кристаллоподобные формы. Они, как они указали, имеют свойства, которые производители электроники могут пожелать изучить.

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают борофеновый лист, содержащий домены с различными периодическими сборками с известными соотношениями шестиугольника и треугольника от 1 до 5 и от 1 до 6 рядов, а также две ранее ненаблюдаемые фазы от 7 до 36 и 4. -в-21. Ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона провели первый подробный анализ упорядоченных дефектных структур в борофене. Предоставлено исследовательской группой Hersam

Исследование под руководством теоретика рисовых материалов Борис Якобсон и северо-западный материаловед Марк Херсам появляется в Материалы природы ,

Борофен отличается от графен и другие 2D материалы в важном смысле: он не появляется в природе. Когда графен был обнаружен, это было классно вырвали из куска графита скотчем , Но полупроводниковый объемный бор не имеет слоев, поэтому весь борофен является синтетическим.

Также в отличие от графена, в котором атомы соединяются, образуя шестиугольники, похожие на проволочную сетку, борофен образует связанные треугольники. Периодически атомы пропадают из сетки и оставляют гексагональные вакансии. Лаборатории исследовали формы борофена с концентрациями «полого шестиугольника» по одному на каждые пять треугольников и по одному на каждые шесть в решетке.

По словам исследователей, это наиболее распространенные фазы, которые наблюдала северо-западная лаборатория, когда она создавала борофен на серебряной подложке посредством атомарного осаждения бора в сверхвысоком вакууме, но «идеальные» борофеновые матрицы не были целью исследования.

Изображение на сканирующем электронном микроскопе (вверху) показывает две периодические сборки борофена, синтетического двумерного массива атомов бора, которые соединяются с дефектом линии. Вычислительные модели на среднем и нижнем изображениях соответствуют регионам: от 1 до 6 борофена красным и от 1 до 5 синим цветом. Исследователи из Райс и Северо-западных университетов определили, что фазы борофена выстраиваются таким образом, что материальная проводящая природа материала сохраняется. Графика Луцин Ван

Лаборатория обнаружила, что при температурах от 440 до 470 градусов по Цельсию (824-878 градусов по Фаренгейту) фазы как от 1 до 5, так и от 1 до 6 росли одновременно на серебряной подложке, которая действует как шаблон, который управляет осаждением атомы в выровненные фазы. Интерес лабораторий был усилен тем, что произошло, когда эти домены встретились. В отличие от того, что они наблюдали в графене, атомы легко приспосабливались друг к другу на границах и принимали структуры своих соседей.

Эти граничные корректировки привели к появлению более экзотических - но все же металлических - форм борофена, с соотношениями, такими как 4 к 21 и 7 к 36, появляющимся среди параллельных фаз.

«В графене эти границы были бы неупорядоченными структурами, но в борофене дефекты линий, по сути, являются идеальной структурой друг для друга», - сказала аспирантка Райс Луцин Ван, которая провела теоретический анализ энергий на уровне атомов, чтобы объяснить наблюдения. «Смешивание между фазами очень отличается от того, что мы видим в других 2D материалах».

«Хотя мы ожидали некоторого смешения между фазами 1–5 и 1–6, плавное выравнивание и упорядочение по периодическим структурам было удивительным», - сказал Херсам. «В двумерном пределе бор оказался исключительно богатой и интересной системой материалов».

Вана теория функционала плотности расчеты выявили металлическую природу линейных дефектов; это подразумевает, что в отличие от изолирующих дефектов в графине, в остальном металлическом, они оказывают минимальное влияние на электронные свойства материала при комнатной температуре. При низкой температуре материал демонстрирует волна плотности заряда высокоупорядоченный поток электронов.

Теоретические расчеты также позволили предположить небольшие различия в жесткости, теплопроводности и электрохимических свойствах между борофеновыми фазами, что также позволило предположить, что материал может быть настроен для применения.

«Уникальные полиморфизмы борофена в полной мере представлены в этом исследовании», - сказал Якобсон. «Это предполагает интригующее взаимодействие в электронной структуре материала с помощью волн плотности заряда, что может привести к дразнящей переключаемой электронике».

«Как атомно тонкий материал, борофен обладает свойствами, которые должны зависеть от субстрата, соседних материалов и химии поверхности», - сказал Херсам. «Мы надеемся получить дополнительный контроль над его свойствами посредством химической функционализации и / или интеграции с другими материалами в гетероструктуры».

Сканирующие туннельные электронные микроскопы с изображениями линейных дефектов в борофене 1–6 и 1–5, обозначенные соответственно синими и красными стрелками, показывают, как дефекты выравниваются таким образом, что сохраняет металлическую природу синтетического материала. Ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона провели первый подробный анализ упорядоченных дефектных структур в борофене. Предоставлено исследовательской группой Hersam

Якобсон и Херсам также являются соавторами недавний взгляд Nature Nanotechnology о «самом легком 2D металле». В этой части авторы предположили, что борофен может быть идеальным для гибких и прозрачных электронных межсоединений, электродов и дисплеев. Это также может быть подходящим для сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства и, когда сложены, для хранения водорода и аккумуляторных приложений.

Соавторами статьи «Nature Materials» являются аспирант Сяолун Лю из Северо-Западного университета и выпускница Райс Чжухуа Чжан, ныне профессор Нанкинского университета аэронавтики и космонавтики. Херсам является профессором материаловедения и инженерии Уолтера П. Мерфи на Северо-западе. Якобсон - профессор материаловедения и наноинженерии им. Карла Ф. Хассельмана и профессор химии в Райсе.

Чжан стал соавтором статьи по нанотехнологиям природы совместно с выпускником Северо-Западной Аргоннской национальной лаборатории Эндрю Манниксом, в настоящее время работающим в докторантуре Чикагского университета, и ученым по аргоннским материалам Натаном Гизингером.

Исследования были поддержаны Управлением военно-морских исследований, Национальным научным фондом Научно-исследовательский центр материаловедения, Исследовательский центр армии, Фондом Роберта Уэлча, Министерством энергетики Министерства науки, Государственной ключевой лабораторией механики и управления механикой. Структуры в Нанкинском университете аэронавтики и космонавтики и Северо-западном университете Международного института нанотехнологий.

-30-

Прочитайте аннотацию на http://dx.doi.org/10.1038/s41563-018-0134-1 ,

Этот пресс-релиз можно найти в Интернете по адресу news.rice.edu ,

Следите за новостями Райса и связями со СМИ через Twitter @RiceUNews ,

Материалы по теме:

Борофен как прототип для разработки синтетических 2D материалов: https://www.nature.com/articles/s41565-018-0157-4

Долго махни, борофен http://news.rice.edu/2016/10/04/long-may-you-wave-borophene-2/

Атомы бора растягиваются, приобретают новые силы: http://news.rice.edu/2017/01/26/boron-atoms-stretch-out-gain-new-powers/

Борофен сияет сам по себе как 2D плазмонный материал: http://news.rice.edu/2017/11/20/borophene-shines-alone-as-2-d-plasmonic-material-2/

Исследовательская группа Якобсона: https://biygroup.blogs.rice.edu

Исследовательская группа Hersam: http://www.hersam-group.northwestern.edu/hersam.html

Рисовый отдел материаловедения и наноинженерии: https://msne.rice.edu

Изображения для скачивания:

http://news.rice.edu/files/2018/07/0716_BOROPHENE-WEB-1-q4vq28.jpg

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают борофеновый лист, содержащий домены с различными периодическими сборками с известными соотношениями шестиугольника и треугольника от 1 до 5 и от 1 до 6 рядов, а также две ранее ненаблюдаемые фазы от 7 до 36 и 4. -в-21. Ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона провели первый подробный анализ упорядоченных дефектных структур в борофене. (Фото: Hersam Research Group / Северо-западный университет)

http://news.rice.edu/files/2018/07/0716_BOROPHENE-WEB-2-18jw6f6.jpg

Сканирующие туннельные электронные микроскопы с изображениями линейных дефектов в борофене 1–6 и 1–5, обозначенные соответственно синими и красными стрелками, показывают, как дефекты выравниваются таким образом, что сохраняет металлическую природу синтетического материала. Ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона провели первый подробный анализ упорядоченных дефектных структур в борофене. (Фото: Hersam Research Group / Северо-западный университет)

http://news.rice.edu/files/2018/07/0716_BOROPHENE-WEB-3-1mo2dw3.jpg

Изображение на сканирующем электронном микроскопе (вверху) показывает две периодические сборки борофена, синтетического двумерного массива атомов бора, которые соединяются с дефектом линии. Вычислительные модели на среднем и нижнем изображениях соответствуют регионам: от 1 до 6 борофена красным и от 1 до 5 синим цветом. Исследователи из Райс и Северо-западных университетов определили, что фазы борофена выстраиваются таким образом, что материальная проводящая природа материала сохраняется. (Фото: Графика Луцин Вана / Университета Райса)

Университет Райс, расположенный в лесном кампусе площадью 300 акров в Хьюстоне, постоянно входит в число 20 лучших университетов страны по версии US News & World Report. Райс имеет уважаемые школы архитектуры, бизнеса, непрерывного образования, инженерии, гуманитарных наук, музыки, естественных и социальных наук и является домом для Института государственной политики Бейкер. С 3 970 студентами и 2 934 аспирантами соотношение студентов и преподавателей Райс составляет чуть менее 6: 1. Система жилых колледжей создает сплоченные сообщества и дружеские отношения на протяжении всей жизни, и это лишь одна из причин, по которой Райс занимает первое место по качеству жизни и общению между расами и классами, а также второе место по числу самых счастливых учеников в обзоре Princeton Review. Райс также оценивается как лучшая ценность среди частных университетов Личными финансами Киплингера. Чтобы прочитать «Что они говорят о Райсе», перейдите к http://tinyurl.com/RiceUniversityoverview ,

Похожие

Комментарии