“Ang mutation mao ang yawi sa pagbutyag sa misteryo sa ebolusyon. Ang dalan sa pag-uswag gikan sa pinakasimple nga organismo ngadto sa dominanteng biolohikal nga espisye molungtad og liboan ka tuig. Apan matag usa ka gatus ka libo ka tuig adunay usa ka mahait nga paglukso sa ebolusyon" (Charles Xavier, X-Men, 2000). Kung atong isalikway ang tanan nga mga elemento sa science-fiction nga naa sa mga komiks ug mga pelikula, nan ang mga pulong ni Propesor X tinuod. Ang pag-uswag sa usa ka butang nagpadayon nga parehas sa kadaghanan sa mga oras, apan usahay adunay mga paglukso nga adunay dako nga epekto sa tibuuk nga proseso. Kini magamit dili lamang sa ebolusyon sa mga espisye, apan usab sa ebolusyon sa teknolohiya, ang nag-unang drayber niini mao ang mga tawo, ang ilang panukiduki ug mga imbensyon. Karon atong masinati ang usa ka pagtuon nga, sumala sa mga tagsulat niini, usa ka tinuod nga ebolusyonaryong paglukso sa nanotechnology. Sa unsang paagi ang mga siyentipiko gikan sa Northwestern University (USA) nakahimo sa paghimo og bag-ong two-dimensional heterostructure, nganong gipili ang graphene ug borophene isip basehan, ug unsa nga mga kabtangan ang mahimo sa ingon nga sistema? Ang taho sa grupo sa panukiduki magsulti kanato bahin niini. Lakaw.
Basihan sa panukiduki
Nakadungog na kami sa termino nga "graphene" sa daghang mga higayon; kini usa ka duha ka dimensyon nga pagbag-o sa carbon, nga naglangkob sa usa ka layer sa carbon atoms nga 1 atomo ang gibag-on. Apan ang "borofen" talagsaon kaayo. Kini nga termino nagtumong sa duha ka dimensyon nga kristal nga naglangkob lamang sa mga atomo sa boron (B). Ang posibilidad sa paglungtad sa borophene unang gitagna balik sa tunga-tunga sa 90s, apan sa praktis kini nga istruktura nakuha lamang sa 2015.
Ang atomic nga istruktura sa borophene naglangkob sa triangular ug hexagonal nga mga elemento ug usa ka sangputanan sa interaksyon tali sa duha-sentro ug multi-sentro nga in-plane bond, nga kasagaran kaayo alang sa kulang sa elektron nga mga elemento, nga naglakip sa boron.
*Pinaagi sa duha ka sentro ug multisentro nga mga gapos atong gipasabot nga kemikal nga mga gapos - mga interaksyon sa mga atomo nga nagpaila sa kalig-on sa usa ka molekula o kristal isip usa ka istruktura. Pananglitan, ang duha ka sentro nga duha ka elektron nga bugkos mahitabo kung ang 2 ka atomo magpaambit sa 2 ka electron, ug ang duha ka sentro nga tulo ka elektron nga bugkos mahitabo kon ang 2 ka atomo ug 3 ka electron, ug uban pa.
Gikan sa pisikal nga punto sa panglantaw, ang borophene mahimong mas lig-on ug mas flexible kay sa graphene. Gituohan usab nga ang mga istruktura sa borophene mahimo’g usa ka epektibo nga katimbang sa mga baterya tungod kay ang borophene adunay taas nga piho nga kapasidad ug talagsaon nga konduktibo sa elektroniko ug mga kabtangan sa transportasyon sa ion. Bisan pa, sa pagkakaron kini usa lamang ka teorya.
Ang pagkahimong trivalent nga elemento*, ang boron adunay labing menos 10 alotropes*. Sa two-dimensional nga porma, parehas polymorphism * naobserbahan usab.
Trivalent nga elemento* makahimo sa pagporma og tulo ka covalent bonds, ang valency nga tulo.
Allotropy* - kung ang usa ka kemikal nga elemento mahimong ipresentar sa porma sa duha o labaw pa nga yano nga mga sangkap. Pananglitan, ang carbon - diamante, graphene, graphite, carbon nanotubes, ug uban pa.
Polymorphism* - ang abilidad sa usa ka substansiya nga maglungtad sa lain-laing mga kristal nga istruktura (polymorphic modifications). Sa kaso sa yano nga mga substansiya, kini nga termino susama sa allotropy.
Tungod niining lapad nga polymorphism, gisugyot nga ang borophene mahimong usa ka maayo kaayo nga kandidato alang sa pagmugna og bag-ong duha ka dimensyon nga heterostructure, tungod kay ang lain-laing mga boron bonding configurations kinahanglan nga magpahayahay sa mga kinahanglanon sa pagpares sa lattice. Ikasubo, kini nga isyu kaniadto gitun-an lamang sa teoretikal nga lebel tungod sa mga kalisud sa synthesis.
Alang sa naandan nga 2D nga mga materyales nga nakuha gikan sa daghang mga layered nga kristal, ang mga bertikal nga heterostructure mahimong matuman gamit ang mekanikal nga stacking. Sa laing bahin, ang duha ka dimensyon nga lateral heterostructure gibase sa bottom-up synthesis. Atomically tukma nga lateral heterostructures adunay dako nga potensyal sa pagsulbad sa heterojunction functional control problema, bisan pa, tungod sa covalent bonding, dili hingpit nga lattice matching kasagaran moresulta sa lapad ug disordered interface. Busa, adunay potensyal, apan adunay mga problema usab sa pagkaamgo niini.
Niini nga trabaho, ang mga tigdukiduki nakahimo sa pag-integrate sa borophene ug graphene ngadto sa usa ka two-dimensional heterostructure. Bisan pa sa crystallographic lattice mismatch ug simetriya tali sa borophene ug graphene, sequential deposition sa carbon ug boron ngadto sa Ag(111) substrate ubos sa ultra-high vacuum (UHV) moresulta sa halos atomically precise lateral heterointerfaces nga adunay gitagna nga lattice alignment, ingon man vertical heterointerfaces. .
Pag-andam sa pagtuon
Sa wala pa tun-an ang heterostructure, kini kinahanglan nga hinimo-himo. Ang pagtubo sa graphene ug borophene gihimo sa usa ka ultra-high vacuum chamber nga adunay presyur nga 1x10-10 millibars.
Ang usa ka kristal nga Ag(111) substrate gilimpyohan pinaagi sa balik-balik nga mga siklo sa Ar+ sputtering (1 x 10-5 millibar, 800 eV, 30 minutos) ug thermal annealing (550 °C, 45 minutos) aron makakuha og atomically clean ug flat Ag( 111) nawong. .
Ang graphene gipatubo pinaagi sa electron beam evaporation sa usa ka pure (99,997%) graphite rod nga adunay diyametro nga 2.0 mm ngadto sa usa ka Ag (750) nga substrate nga gipainit sa 111 °C sa usa ka pagpainit nga kasamtangan nga ~ 1.6 A ug usa ka pagpadali sa boltahe nga ~ 2 kV , nga naghatag sa usa ka emission kasamtangan sa ~ 70 mA ug carbon flux ~ 40 nA. Ang presyur sa lawak mao ang 1 x 10-9 millibars.
Ang Borophene gipatubo pinaagi sa electron beam evaporation sa usa ka pure (99,9999%) boron rod ngadto sa submonolayer graphene sa Ag (400) nga gipainit sa 500-111 °C. Ang filament nga kasamtangan mao ang ~ 1.5 A ug ang accelerating boltahe mao ang 1.75 kV, nga naghatag sa usa ka emission kasamtangan sa ~ 34 mA ug usa ka boron flux sa ~ 10 nA. Ang presyur sa lawak sa panahon sa pagtubo sa borophene mao ang gibana-bana nga 2 x 10-10 millibars.
Mga resulta sa panukiduki
Hulagway #1
Sa hulagway 1A gipakita STM* usa ka snapshot sa gipatubo nga graphene, diin ang mga domain sa graphene labing maayo nga makita gamit ang usa ka mapa dI/dV (1B), diin I и V mao ang tunneling kasamtangan ug sample displacement, ug d - Densidad.
STM* - pag-scan sa tunneling mikroskopyo.
dI/dV Ang mga mapa sa sample nagtugot kanamo nga makakita sa mas taas nga lokal nga densidad sa mga estado sa graphene kumpara sa Ag (111) nga substrate. Pinauyon sa nangaging mga pagtuon, ang kahimtang sa nawong sa Ag (111) adunay usa ka lakang nga kinaiya, gibalhin ngadto sa positibo nga kusog pinaagi sa dI/dV spectrum sa graphene (1С), nga nagpatin-aw sa mas taas nga lokal nga densidad sa mga estado sa graphene sa 1B sa 0.3 eV.
Sa hulagway 1D makita nato ang istruktura sa single-layer graphene, diin ang honeycomb lattice ug moiré superstructure*.
Superstructure* - usa ka bahin sa istruktura sa usa ka crystalline compound nga nagbalikbalik sa usa ka piho nga agwat ug sa ingon nagmugna usa ka bag-ong istruktura nga adunay lahi nga panahon sa pag-ilis.
Moire* - superposisyon sa duha ka periodic mesh pattern sa ibabaw sa usag usa.
Sa ubos nga temperatura, ang pagtubo mosangpot sa pagkaporma sa dendritic ug depekto nga graphene domains. Tungod sa huyang nga interaksyon tali sa graphene ug sa nagpahiping substrate, ang rotational alignment sa graphene may kalabotan sa nagpahiping Ag(111) dili talagsaon.
Human sa pagdeposito sa boron, pag-scan sa tunneling microscopy (1E) nagpakita sa presensya sa kombinasyon sa borophene ug graphene nga mga dominyo. Makita usab sa imahe ang mga rehiyon sa sulod sa graphene, nga sa ulahi giila nga graphene nga gi-intercalate sa borophene (gipakita sa imahe. Gr/B). Ang mga linear nga elemento nga gipunting sa tulo ka direksyon ug gibulag sa usa ka anggulo nga 120 ° klaro usab nga makita sa kini nga lugar (yellow nga mga pana).
Hulagway #2
Litrato sa 2Aingon man 1E, kumpirmahi ang dagway sa mga localized dark depressions sa graphene human sa boron deposition.
Aron mas maayo nga masusi kini nga mga pormasyon ug mahibal-an ang ilang gigikanan, lain nga litrato ang gikuha sa parehas nga lugar, apan gamit ang mga mapa |dlnI/dz| (2B), diin I - tunnel nga kasamtangan, d mao ang Densidad, ug z - probe-sample separation (ang gintang tali sa microscope needle ug sa sample). Ang paggamit niini nga teknik nagpaposible nga makakuha og mga hulagway nga adunay taas nga resolusyon sa spatial. Mahimo usab nimo gamiton ang CO o H2 sa microscope needle alang niini.
Image Image 2С maoy usa ka hulagway nga nakuha gamit ang STM kansang tumoy gitabonan ug CO. Pagtandi sa mga hulagway А, В и С nagpakita nga ang tanang atomic nga elemento gihubit ingong tulo ka kasikbit nga hayag nga mga heksagono nga gitumong sa duha ka dili managsama nga direksiyon (pula ug dalag nga trianggulo sa mga litrato).
Gipadako nga mga hulagway niini nga dapit (2D) nagpamatuod nga kini nga mga elemento nahiuyon sa boron dopant impurities, nga nag-okupar sa duha ka graphene sublattice, ingon sa gipakita sa mga superimposed nga istruktura.
Ang CO coating sa microscope needle nagpaposible sa pagpadayag sa geometric nga istruktura sa borophene sheet (2E), nga imposible kung ang dagom standard (metal) nga walay CO coating.
Hulagway #3
Pagporma sa lateral heterointerfaces tali sa borophene ug graphene (3A) kinahanglan nga mahitabo kung ang borophene motubo sunod sa graphene domain nga adunay na nga boron.
Gipahinumdom sa mga siyentipiko nga ang lateral heterointerfaces base sa graphene-hBN (graphene + boron nitride) adunay lattice consistency, ug ang heterojunctions base sa transition metal dichalcogenides adunay symmetry consistency. Sa kaso sa graphene/borophene, gamay ra ang sitwasyon - aduna silay gamay nga pagkaparehas sa estruktura sa termino sa lattice constants o crystal symmetry. Bisan pa, bisan pa niini, ang lateral graphene/borophene heterointerface nagpakita sa halos hingpit nga atomic consistency, nga ang boron row (B-row) nga mga direksyon nahisubay sa zigzag (ZZ) nga direksyon sa graphene (3A) Sa 3B usa ka gipadako nga hulagway sa ZZ nga rehiyon sa heterointerface gipakita (asul nga mga linya nagpakita sa mga elemento sa interfacial nga katumbas sa boron-carbon covalent bonds).
Tungod kay ang borophene motubo sa mas ubos nga temperatura kumpara sa graphene, ang mga ngilit sa graphene domain dili tingali adunay taas nga paglihok sa dihang nagporma og heterointerface nga adunay borophene. Busa, ang halos atomically tukma nga heterointerface lagmit resulta sa lain-laing mga configuration ug mga kinaiya sa multisite boron bonds. Pag-scan sa tunneling spectroscopy spectra (3С) ug differential tunnel conductivity (3D) nagpakita nga ang elektronik nga transisyon gikan sa graphene ngadto sa borophene mahitabo sa gilay-on nga ~5 Å nga walay makita nga mga estado sa interface.
Sa hulagway 3E Gipakita ang tulo ka pag-scan sa tunneling spectroscopy spectra nga gikuha sa tulo ka dashed nga linya sa 3D, nga nagpamatuod nga kining mubo nga elektronik nga transisyon dili sensitibo sa mga lokal nga interfacial nga istruktura ug ikatandi nianang sa borophene-silver interface.
Hulagway #4
Graphene intercalation* kay kaylap usab nga gitun-an kaniadto, apan ang pagkakabig sa mga intercalant ngadto sa tinuod nga 2D sheets medyo talagsaon.
Interkalasyon* - mabalik nga paglakip sa usa ka molekula o grupo sa mga molekula tali sa ubang mga molekula o grupo sa mga molekula.
Ang gamay nga atomic radius sa boron ug ang huyang nga interaksyon tali sa graphene ug Ag(111) nagsugyot sa posibleng intercalation sa graphene uban sa boron. Sa hulagway 4A ebidensiya gipresentar dili lamang sa boron intercalation, apan usab sa pagporma sa bertikal borophene-graphene heterostructures, ilabi na triangular domain nga gilibutan sa graphene. Ang honeycomb lattice nga nakita niining triangular domain nagpamatuod sa presensya sa graphene. Bisan pa, kini nga graphene nagpakita sa usa ka ubos nga lokal nga densidad sa mga estado sa -50 meV kumpara sa naglibot nga graphene (4B). Kung itandi sa graphene direkta sa Ag (111), walay ebidensya sa taas nga lokal nga densidad sa mga estado sa spectrum dI/dV (4C, blue curve), nga katumbas sa Ag(111) surface state, mao ang unang ebidensya sa boron intercalation.
Usab, sama sa gipaabot alang sa partial intercalation, ang graphene lattice nagpabilin nga padayon sa tibuok lateral interface tali sa graphene ug triangular nga rehiyon (4D - katumbas sa usa ka rectangular nga lugar sa 4A, gilingin sa pula nga tuldok nga linya). Ang usa ka hulagway nga naggamit sa CO sa usa ka dagom sa mikroskopyo nagpamatuod usab sa presensya sa mga boron substitution impurities (4E - katumbas sa usa ka rectangular nga lugar sa 4A, gilingin sa yellow nga tuldok nga linya).
Ang mga dagom sa mikroskopyo nga wala’y sapaw gigamit usab sa pagtuki. Niini nga kaso, ang mga timailhan sa usa ka dimensiyon nga linear nga mga elemento nga adunay periodicity nga 5 Å gipadayag sa intercalated graphene domains (4F и 4G). Kining usa ka dimensyon nga mga istruktura susama sa boron row sa borophene model. Dugang pa sa set sa mga punto nga katumbas sa graphene, ang Fourier nga pagbag-o sa imahe ngadto sa 4G nagpakita sa usa ka parisan sa orthogonal nga mga punto nga katumbas sa usa ka 3 Å x 5 Å rectangular lattice (4H), nga naa sa maayo kaayo nga kasabutan sa modelo nga borophene. Dugang pa, ang nakita nga triple orientation sa han-ay sa mga linear nga elemento (1E) miuyon pag-ayo sa parehas nga nag-una nga istruktura nga naobserbahan alang sa borophene sheets.
Ang tanan niini nga mga obserbasyon kusganong nagsugyot sa intercalation sa graphene pinaagi sa borophene duol sa mga ngilit sa Ag, nga sa ingon mosangpot sa pagporma sa vertical nga borophene-graphene heterostructures, nga mahimong mapuslanon nga matuman pinaagi sa pagdugang sa inisyal nga coverage sa graphene.
4I usa ka eskematiko nga representasyon sa usa ka bertikal heterostructure sa 4H, diin ang direksiyon sa boron row (pink arrow) hugot nga gi-align sa zigzag nga direksyon sa graphene (itom nga arrow), sa ingon nagporma og rotationally proportional vertical heterostructure.
Alang sa usa ka mas detalyado nga kaila sa mga nuances sa pagtuon, girekomenda ko ang pagtan-aw и kaniya
Epilogo
Gipakita sa kini nga pagtuon nga ang borophene adunay katakus sa pagporma sa lateral ug vertical nga heterostructure nga adunay graphene. Ang ingon nga mga sistema mahimong magamit sa pagpauswag sa mga bag-ong tipo sa duha ka dimensiyon nga elemento nga gigamit sa nanotechnology, flexible ug wearable electronics, ingon man mga bag-ong tipo sa semiconductors.
Ang mga tigdukiduki mismo nagtuo nga ang ilang pag-uswag mahimong usa ka kusgan nga pagduso sa unahan alang sa mga teknolohiya nga may kalabotan sa elektroniko. Bisan pa, lisud gihapon ang pagsiguro nga ang ilang mga pulong mahimong matagnaon. Sa pagkakaron, daghan pa ang kinahanglan nga tukion, sabton ug imbento aron kadtong mga ideya sa science fiction nga nagpuno sa mga hunahuna sa mga siyentipiko mahimong usa ka hingpit nga kamatuoran.
Salamat sa pagbasa, stay curious and have a great week guys. 🙂
Salamat sa pagpabilin kanamo. Ganahan ka ba sa among mga artikulo? Gusto nga makakita og mas makapaikag nga sulod? Suportahi kami pinaagi sa pag-order o pagrekomenda sa mga higala, 30% nga diskwento alang sa mga tiggamit sa Habr sa usa ka talagsaon nga analogue sa mga entry-level server, nga giimbento namo alang kanimo: (anaa sa RAID1 ug RAID10, hangtod sa 24 ka mga core ug hangtod sa 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 ka beses nga mas barato? Dinhi lang sa Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - gikan sa $99! Basaha ang mahitungod sa
Source: www.habr.com