Ученые создают новую технику для визуализации 2D кристаллов борофена

Возможно получить графен из графита. Однако как насчет борофена? Не существует ничего, что называется борит .

Ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона разработали методику получения изображений двумерного борофена и сопоставления их с моделями , Полиморфный борофен перспективен для электронного, теплового, оптического и других применений. Исследователи также создали фазовую диаграмму справа с подробной информацией о полиморфах борофена, наблюдаемых до настоящего времени. (Фото предоставлено: Сяолун Лю / Северо-западный университет)

В отличие от углеродного аналога, двумерный борофен не может быть восстановлен из более крупной природной формы. Объемный бор обычно присутствует только в сочетании с другими элементами и действительно не является слоистым, поэтому борофен должен быть получен из атомов вверх. Тем не менее, полученный борофен может быть не совсем тем, что требуется.

Таким образом, ученые из университетов Райс и Северо-Западного региона разработали метод, позволяющий увидеть двумерные кристаллы борофена, которые могут иметь несколько конфигураций решетки, известных как полиморфы, которые, в свою очередь, определяют их характеристики.

Получение информации о том, как можно получить конкретные полиморфы, могло бы помочь производителям включать в продукты борофен с необходимыми тепловыми, электронными, оптическими и другими физическими свойствами.

Борис Якобсон, физик материалов в Технической школе Райса Брауна, и Марк Херсам, материаловед из Северо-Запада, руководили командой, которая открыла, как просматривать наноразмерные структуры решеток борофена, а также разработала теоретические модели, которые помогли охарактеризовать кристаллический материал. структуры.

Об их результатах сообщалось в Nature Communications .

Трудно производить борофен даже в небольших количествах. Даже если его можно увеличить, производители, вероятно, предпочтут модифицировать его для приложений. В этом отношении помогут знания, полученные командами Райс и Северо-Запад.

Графен принимает единственную форму – серию шестиугольников, напоминающих проволочную сетку, – но идеальным борофеном является сетка из треугольников. Тем не менее, борофен – это полиморф, материал, который может принимать множество кристаллических форм. Электрические и физические свойства борофена определяются его вакансиями, которые оставляют структуры «полых шестиугольников» в решетке.

Якобсон сообщил, что теоретически может быть более 1000 видов борофена, каждый с отличительными характеристиками.

У этого есть много возможных образцов и сетей атомов, связанных в решетке .

Борис Якобсон, физик материалов, Техническая школа Брауна, Университет Райса

Работа началась в северо-западной лаборатории Херсама, где ученые изготовили острый наконечник атомно-силового микроскопа с острым наконечником из атомов кислорода и углерода. Это дало им возможность сканировать чешуйку борофена, чтобы обнаружить электроны, которые обозначают ковалентные связи между атомами бора. Они использовали сканирующий туннельный микроскоп, который был настроен таким же образом, чтобы идентифицировать полые шестиугольники, в которых был потерян атом бора.

Путем сканирования чешуек, образованных на серебряных подложках при различных температурах посредством молекулярно-лучевой эпитаксии, были обнаружены различные кристаллические структуры, поскольку изменяющиеся условия роста модифицировали решетку.

« Современная микроскопия очень сложна, но в результате, к сожалению, получаемое вами изображение, как правило, трудно интерпретировать », – заявил Якобсон. « То есть трудно сказать, что изображение соответствует определенной атомной решетке. Это далеко не очевидно, но именно здесь появляются теории и симуляции ».

Команда под руководством Якобсона использовала моделирование по первому принципу, чтобы выяснить, почему борофен приобрел определенные структуры на основе расчета взаимодействующих энергий как бора, так и атомов субстрата. Их модели соответствовали многим изображениям борофена, созданным на Северо-западе.

« Из моделирования мы узнали, что важна степень переноса заряда с металлической подложки на борофен », – сказал он. « То, как много всего происходит, может иметь значение ».

Ученые доказали, что борофен также не является эпитаксиальной пленкой. Проще говоря, расположение или угол поворота борофена не зависит от атомного расположения подложки.

Группа создала фазовую диаграмму, которая описывает, как борофен может образовываться при определенных температурах и на ряде подложек, и отметила, что их микроскопические разработки будут полезны для определения атомных структур перспективных 2D материалов.

Разработка методов для характеристики и управления атомной структурой борофена является важным шагом к реализации многих предлагаемых применений этого материала, которые варьируются от гибкой электроники до новых тем в квантовой информатике .

Марк Херсам, ученый материалов, Северо-Западный

Ведущими авторами статьи являются Сяолун Лю из Северо-Запада и Луцин Ван из Райса. Шаовей Ли и Мэтью Ран из Северо-западного региона являются соавторами. Якобсон – профессор материаловедения и наноинженерии им. Карла Ф. Хассельмана и профессор химии в Райсе. Херсам является профессором материаловедения и инженерии Уолтера П. Мерфи на Северо-западе.

Исследование было поддержано Управлением военно-морских исследований, Национальным научным фондом, Министерством энергетики Министерства науки и Международным институтом нанотехнологий Северо-Западного университета.

Источник: https://www.rice.edu/

Source link