Борофен доказывает, что это перспективный 2D-плазмонический материал

Согласно исследователям Райс-университета, толстая пленка бора может быть первым чистым 2D-материалом, способным разряжать видимый и ближний инфракрасный свет, вызывая его плазмоны.

Ученые университета Райса подсчитали, что пленка бора, известная как борофан, может быть первой чистой двумерной материал, естественно способный излучать видимый и ближний инфракрасный свет, активируя его плазмоны. Команда Райса проверила модели трех полиморфов и обнаружила, что треугольный бороф, слева, способен излучать видимый свет, в то время как другие два достигнут около инфракрасного диапазона. Иллюстрация Шармилы Широдкара

Это сделало бы материал, называемый борофеном, претендентом на фотонные и плазмонические устройства, такие как волноводы, наноразмерные световые комбайны, датчики биомолекулы и наноантенны.

Плазмоны – коллективные возбуждения электронов, которые протекают через поверхность металлов, когда они стимулируются входом энергии, подобно лазерному свету. Существенно, что освещение света плазмоническим материалом одним цветом (установленным частотой света) может побуждать к выпуску света в другом цвете.

Модели теоретического физика Риса Бориса Якобсона и его коллег предполагают, что борофен будет первым известным 2D-материалом, который будет делать это естественно, без изменений.

Модели лаборатории описаны в статье в Журнале Американского химического общества Якобсона с ведущими авторами Юэфей Хуангом, аспирантом, и Шармилой Широдкаром, докторантом-исследователем.

В трех измерениях бор является полупроводником, но в 2D-форме он является металлом. Это спровоцировало лабораторию, чтобы взглянуть на ее потенциал для плазмонических манипуляций.

«[1945902]» Это было отчасти ожидаемо, но мы должны были сделать тщательную работу, чтобы доказать и количественно оценить его », сказал Якобсон, чья лаборатория часто предсказывает потенциальные материалы, которые позже делают экспериментаторы, такие как борон-бакибок или борофен , С коллегами Евгением Пеневым, доцентом профессора Райса и выпускником Жухуа Чжан, он в последнее время опубликовал широкомасштабный обзор состояния исследований бора.

В последнем исследовании команда использовала метод вычислительного моделирования, известный как теория функциональных функций плотности, для анализа плазмонного поведения в трех типах свободно стоящего бора. Базовая кристаллическая структура материала представляет собой сетку треугольников – думаю графена, но с дополнительным атомом в центре каждого шестиугольника.

В лаборатории проанализированы модели простого борофена и двух полиморфов, твердых веществ, которые объединяют более одной кристаллической структуры, которые создаются при удалении некоторых из этих средних атомов. Их расчеты показали, что треугольный борофен имел самые широкие частоты излучения, включая видимый свет, в то время как другие два касались ближней инфракрасной области.

. У нас недостаточно экспериментальных данных, чтобы определить, какие механизмы вносят вклад в потери в этих полиморфах, но мы ожидаем и включаем рассеяние плазмонов на дефекты и возбуждение электронов и дырок, которые приводят к их затуханию.

Шармила Широдкар, докторант-исследователь

Исследователи сказали, что их результаты представляют собой стимулирующую возможность управления данными на длинах волн субдифракции.

« Если у вас есть оптический сигнал с длиной волны, превышающей электронную схему на несколько нанометров, есть несоответствие», – сказала она. « Теперь мы можем использовать сигнал для возбуждения плазмонов в материале, который упаковывает ту же информацию (переносимую светом) в гораздо меньшее пространство. Это дает нам способ сжать сигнал, чтобы он мог попасть в электронную схему ».

Оказывается, это важно, потому что, грубо говоря, он может улучшить разрешение в 100 раз, в некоторых случаях r эрекция ограничена длиной волны. Используя плазмоны, вы можете хранить информацию или записывать в материал с гораздо более высоким разрешением из-за усадки длины волны. Это может иметь большие преимущества для хранения данных.

Борис Якобсон, Рисовый физик-теоретик

Экспериментаторы создали борофен только в очень маленьких количествах до сих пор и не имеют методов переноса материала с поверхностей, на которых он выращивается, сказал Якобсон. Тем не менее, теоретическим ученым достаточно много исследований и достаточных успехов в лабораториях.

«Нужно исследовать другие полиморфы и искать лучший», – предположил Якобсон. « Здесь мы этого не сделали. Мы просто рассмотрели три, потому что это довольно тяжелая работа, но другие должны быть проверены, прежде чем мы узнаем, что можно достичь ».

Исследование было поддержано Исследовательским офисом армии и Фондом Роберта Уэлша. Вычислительные ресурсы были предоставлены суперкомпьютером DAVinCI, поддерживаемым Национальным научным фондом Райса под управлением Центра исследований научных исследований Райса и приобретенным в сотрудничестве с Институтом информационных технологий Кена Кеннеди из Райса

Якобсон является профессором химии и профессором материаловедения Карла Ф. Хассельмана и NanoEngineering.

Source link