Первые в мире индивидуальные двумерные фосфорированные наноленты могут революционизировать электронику

В 2014 году, после выделения двумерного фосфора, представляющего собой фосфор, равный графену, более 100 теоретических исследований показали, что новые и стимулирующие свойства могут материализоваться путем создания узких «лент» этого материала. Эти свойства могут быть очень полезны для целого ряда отраслей.

Отдельные фосфористые наноленты (Фото автора: Watts et al.)
[1945909] [1945909] [1945909]

В исследовании, опубликованном недавно в Nature ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL), Бристольского университета, Содружества Вирджинии и Университета École Polytechnique Fédérale de Lausanne, объясняют, как они разработали количество превосходных ленты фосфора из кристаллов ионов лития и черного фосфора.

«Впервые были изготовлены отдельные фосфористые наноленты. Были предсказаны захватывающие свойства, и применение, где фосфорированные наноленты могут играть преобразующую роль, очень широко распространено », – сказал автор исследования, доктор Крис Ховард (UCL Physics and Astronomy).

Ленты образуются со стандартной высотой одного атомного слоя, шириной от 4 до 50 нм и длиной до 75 мкм. Это соотношение сторон эквивалентно тому, что у кабелей, соединяющих две башни моста Золотые Ворота.

Используя передовые методы визуализации, мы очень подробно охарактеризовали ленты, обнаружив, что они чрезвычайно плоские, кристаллические и необычайно гибкие. Большинство из них имеют толщину только в один слой атомов, но там, где лента состоит из более чем одного слоя фосфорана, мы обнаружили бесшовные шаги между 1-2-3-4 слоями, где лента расщепляется. Это не было замечено ранее, и каждый слой должен иметь различные электронные свойства.

Митч Уоттс, Первый Автор, Физика и Астрономия, UCL.

Хотя наноленты были получены из ряда материалов, таких как графен, изготовленные здесь нановоленты из фосфора имеют лучший диапазон длин, высот, ширин и соотношений сторон. Кроме того, их можно изготавливать в масштабе в жидкости, которую затем можно использовать для их экономичного нанесения в объеме для применений.

Исследователи утверждают, что предполагаемые области применения включают солнечные элементы, батареи, термоэлектрические устройства для преобразования отработанного тепла в электричество, наноэлектронику, фотокатализ и квантовые вычисления. Кроме того, было предсказано появление экзотических эффектов, таких как волны спиновой плотности, новый магнетизм и топологические состояния.

Наноленты создаются путем смешивания черного фосфора с ионами лития, растворенными в жидком аммиаке при -50 ° C. Через двадцать четыре часа аммиак удаляется и заменяется органическим растворителем, который образует раствор из нано-лент различных размеров.

Мы пытались сделать листы из фосфорана, поэтому были очень удивлены, обнаружив, что мы сделали ленты. Чтобы нано-ленты обладали четко определенными свойствами, их ширина должна быть одинаковой по всей длине, и мы обнаружили, что это точно относится к нашим лентам .

Доктор Крис Ховард, Автор исследования, Физика и астрономия, UCL.

Одновременно с обнаружением лент быстро развивались наши собственные инструменты для характеристики их морфологии. Высокоскоростной атомно-силовой микроскоп, который мы создали в Бристольском университете, обладает уникальными возможностями для картирования наноразмерных характеристик лент по их макроскопическим длинам. Мы также могли бы оценить диапазон длин, ширин и толщин, получаемых с большой детализацией, изобразив множество сотен лент на больших площадях.

Доктор Лорен Пикко, Соавтор, Физика, VCU.

Продолжая исследовать основные свойства нанолент, команда планирует также исследовать их использование в электронном транспорте, накопителях энергии и термоэлектрических устройствах в рамках новых глобальных партнерских отношений и работая с профессиональными командами в UCL.

Исследование финансировалось Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам и Королевской инженерной академией.

Source link