“Is é an sóchán an eochair chun rúndiamhair na héabhlóide a réiteach. Maireann cosán na forbartha ón orgánach is simplí go dtí an speiceas bitheolaíoch ceannasach na mílte bliain. Ach tá céim ghéar chun cinn san éabhlóid gach céad míle bliain" (Charles Xavier, X-Men, 2000). Má chuirimid deireadh leis na heilimintí ficsean eolaíochta go léir atá i láthair sna greannáin agus i scannáin, tá focail an Ollaimh X fíor go leor. Téann forbairt rud éigin ar aghaidh go cothrom an chuid is mó den am, ach uaireanta tá jumps ann a mbíonn tionchar mór acu ar an bpróiseas iomlán. Baineann sé seo ní hamháin le héabhlóid na speiceas, ach freisin le héabhlóid na teicneolaíochta, arb é an príomh-thiománaí daoine, a gcuid taighde agus aireagán. Sa lá atá inniu cuirfimid aithne ar staidéar atá, de réir a údair, ina léim éabhlóideach fíor sa nanaitheicneolaíocht. Conas a d’éirigh le heolaithe ó Ollscoil Northwestern (SAM) heitreastruchtúr nua déthoiseach a chruthú, cén fáth ar roghnaíodh graphene agus bóraifhein mar bhunús, agus cad iad na hairíonna a d’fhéadfadh a bheith ag córas dá leithéid? Inseoidh tuarascáil an ghrúpa taighde dúinn faoi seo. Téigh.
Bonn taighde
Is iomaí uair a chualamar an téarma “graphene”; is modhnú déthoiseach de charbón é, comhdhéanta de shraith adamh carbóin 1 adamh tiubh. Ach tá “borofen” fíor-annamh. Tagraíonn an téarma seo do chriostail déthoiseach atá comhdhéanta d'adaimh bhórón (B) amháin. Tuar an fhéidearthacht go mbeadh bóraifín ann ar dtús siar i lár na 90idí, ach go praiticiúil níorbh fhéidir an struchtúr seo a fháil ach faoi 2015.
Tá struchtúr adamhach bóróipéin comhdhéanta d'eilimintí triantánacha agus heicseagánacha agus tá sé mar thoradh ar an idirghníomhaíocht idir bannaí in-eitleáin dhá lár agus il-ionad, atá an-tipiciúil d'eilimintí leictreon-easnamhach, lena n-áirítear bórón.
*Is éard atá i gceist againn le bannaí dhá lár agus ilionaid ná bannaí ceimiceacha - idirghníomhaíochtaí adamh arb iad is sainairíonna iad cobhsaíocht móilín nó criostail mar struchtúr aonair. Mar shampla, tarlaíonn banna dhá-ionad dhá leictreon nuair a roinneann 2 adamh 2 leictreon, agus tarlaíonn banna trí-leictreon dhá lár nuair a bhíonn 2 adamh agus 3 leictreon, etc.
Ó thaobh fisiceach, d'fhéadfadh go mbeadh bóróipéin níos láidre agus níos solúbtha ná graphene. Creidtear freisin go bhféadfadh struchtúir borophene a bheith ina chomhlánú éifeachtach do chadhnraí toisc go bhfuil ard-acmhainn shonrach agus seoltacht leictreonach uathúil agus airíonna iompair ian ag borophene. Mar sin féin, i láthair na huaire tá sé seo ach teoiric.
bheith eilimint trivalent*, tá 10 ar a laghad ag bórón allatróp*. I bhfoirm dhéthoiseach, den chineál céanna polymorphism* breathnaítear freisin.
Eilimint thrivalent* in ann trí bhanna chomhfhiúsacha a fhoirmiú, a bhfuil a valency trí cinn.
Allatrópacht* - nuair is féidir eilimint cheimiceach amháin a chur i láthair i bhfoirm dhá shubstaint shimplí nó níos mó. Mar shampla, carbóin - diamanta, graphene, graifít, nanafeadáin charbóin, etc.
ilmorphism* - cumas substainte a bheith ann i struchtúir chriostail éagsúla (modhnuithe ilmhorfacha). I gcás substaintí simplí, tá an téarma seo comhchiallach le allotropy.
Mar gheall ar an polymorphism leathan seo, moltar go bhféadfadh bórón a bheith ina iarrthóir den scoth chun heitreastruchtúir déthoiseacha nua a chruthú, mar ba cheart go ndéanfadh cumraíochtaí nasctha bóróin éagsúla na ceanglais meaitseála laitíse a mhaolú. Ar an drochuair, rinneadh staidéar ar an gceist seo roimhe seo go heisiach ar an leibhéal teoiriciúil mar gheall ar dheacrachtaí i sintéis.
Maidir le hábhair thraidisiúnta 2T a fhaightear ó chriostail thromchisealacha, is féidir heitreastruchtúir ingearacha a bhaint amach trí chruachadh meicniúil a úsáid. Ar an láimh eile, tá heterostructures cliathánach déthoiseach bunaithe ar shintéis ón mbun aníos. Tá poitéinseal iontach ag heitreastruchtúir cliathánach atá beacht ó thaobh an adaimh maidir le fadhbanna rialaithe feidhmiúla heitrighne a réiteach. Dá bhrí sin, tá acmhainneacht ann, ach tá fadhbanna ann freisin chun é a bhaint amach.
San obair seo, d'éirigh leis na taighdeoirí bóróipéin agus graphene a chomhtháthú i heitreastruchtúr déthoiseach amháin. In ainneoin an neamhréitithe agus na siméadrachta laitíse criostalagrafacha idir bórfhein agus graiféin, de thoradh sil-leagan seicheamhach de charbón agus bórón ar fhoshraith Ag(111) faoi fholús ultra-ard (UHV) go mbíonn heitreafhuinnimh cliathánach beagnach beacht adamhach le hailínithe laitíse tuartha, chomh maith le comhéadain ingearacha. .
Ullmhú le haghaidh taighde
Roimh staidéar a dhéanamh ar an heterostructure, bhí sé a bheith déanta. Rinneadh fás graphene agus bóróipéin i ndlísheomra folúis ultra-ard le brú de 1x10-10 milleabar.
Glanadh an tsubstráit criostail aonair Ag(111) le timthriallta arís agus arís eile de sputtering Ar+ (1 x 10-5 millibar, 800 eV, 30 nóiméad) agus anáil teirmeach (550 ° C, 45 nóiméad) chun Ag ( 111) dromchla. .
Fásadh graphene trí ghalú léas leictreoin de shlat graifíte íon (99,997%) le trastomhas 2.0 mm ar fhoshraith Ag (750) a théitear go 111 °C ag sruth téimh ~ 1.6 A agus voltas luasghéaraithe de ~ 2 kV , a thugann sruth astaithe de ~ 70 mA agus flosc carbóin ~40 nA. Ba é an brú sa seomra ná 1 x 10-9 milleabar.
Fásadh bóroiféin trí ghalú léas leictreoin de shlat bóróin íon (99,9999%) ar ghraifín fomhona-chiseal ar Ag (400) téite go 500-111 °C. Ba é an sruth filiméid ná ~1.5 A agus ba é 1.75 kV an voltas luasghéaraithe, rud a thugann sruth astaithe de ~34 mA agus flosc bóróin de ~10 nA. Ba é an brú sa seomra le linn fás bóróipéin ná thart ar 2 x 10-10 milleabar.
Torthaí taighde
Íomhá #1
Ar an íomhá 1А a thaispeántar STM* léargas ar ghraiféin fhásta, áit is fearr na fearainn graphene a léirshamhlú ag baint úsáide as léarscáil dI/dV (1V), cá I и V an bhfuil an sruth tollánaithe agus díláithriú samplach, agus d — dlús.
STM* — micreascóp tollánaithe a scanadh.
dI/dV lig léarscáileanna den sampla dúinn dlús áitiúil níos airde de staideanna graphene a fheiceáil i gcomparáid leis an tsubstráit Ag(111). De réir staidéir roimhe seo, tá tréith céim ag staid dhromchla Ag (111), a aistrítear i dtreo fuinneamh dearfach trí dI/dV speictream graphene (1S), a mhíníonn an dlús áitiúil níos airde de staideanna graphene ar 1V ag 0.3 eV.
Ar an íomhá 1D is féidir linn a fheiceáil ar an struchtúr aon-ciseal graphene, i gcás ina laitíse honeycomb agus forstruchtúr moiré*.
Forstruchtúr* - gné de struchtúr cumaisc criostalach a athuair ag eatramh áirithe agus dá bhrí sin cruthaíonn sé struchtúr nua le tréimhse malartach difriúil.
Moire* - forshuíomh dhá phatrún mogaill thréimhsiúla ar bharr a chéile.
Ag teochtaí níos ísle, cruthaítear fearainn dendritic agus lochtach graphene mar thoradh ar an bhfás. Mar gheall ar idirghníomhaíochtaí laga idir graphene agus an foshraith bhunúsach, níl ailíniú rothlach graphene maidir leis an Ag(111) bunúsach.
Tar éis sil-leagan bóróin, scanadh micreascópachta tollánaithe (1E) léirigh láithreacht meascán d'fhearainn bóraifin agus graiféine. Infheicthe san íomhá freisin tá réigiúin taobh istigh den graphene, a aithníodh níos déanaí mar graphene intercalated le bóraifhein (léirithe san íomhá Gr/B). Tá eilimintí líneacha atá dírithe ar thrí threo agus scartha le huillinn 120° le feiceáil go soiléir sa réimse seo freisin (saigheada buí).
Íomhá #2
Grianghraf ar 2АMar 1E, deimhnigh cuma logáin dorcha logánta i graphene tar éis sil-leagan bóróin.
Chun na foirmíochtaí seo a scrúdú níos fearr agus a mbunús a fháil amach, tógadh grianghraf eile den limistéar céanna, ach ag baint úsáide as léarscáileanna |dlnI/dz| (2B), áit I — sruth tollán, d is é an dlús, agus z — deighilt sampla cuardaigh (an bhearna idir an tsnáthaid micreascóp agus an sampla). Trí úsáid a bhaint as an teicníc seo is féidir íomhánna a fháil le taifeach ard spáis. Is féidir leat CO nó H2 a úsáid ar an tsnáthaid micreascóp chuige seo freisin.
Изображение 2S is íomhá é a fhaightear trí úsáid a bhaint as STM a bhfuil a bharr brataithe le CO. Comparáid idir íomhánna А, В и С léiríonn sé go sainmhínítear gach eilimint adamhach mar thrí heicseagán gheala chóngaracha atá dírithe ar dhá threo nach ionann (triantáin dhearga agus bhuí sna grianghraif).
Íomhánna méadaithe den limistéar seo (2D(b) a dheimhniú go bhfuil na heilimintí seo ag teacht le neamhíonachtaí dopant bóróin, a bhfuil dhá fho-láitín ghraiféine iontu, mar a léirítear sna struchtúir fhorshuite.
D'fhág sciath CO den tsnáthaid micreascóp struchtúr geoiméadrach an leatháin bóriléine (2E), rud a bheadh dodhéanta dá mbeadh an tsnáthaid caighdeánach (miotail) gan sciath CO.
Íomhá #3
Foirmiú comhéadain cliathánach idir bórifein agus graféin (3А) ba cheart go dtarlódh sé nuair a fhásann bórón in aice le fearainn graphene ina bhfuil bórón cheana féin.
Meabhraíonn eolaithe go bhfuil comhsheasmhacht laitíse ag heterointerfaces cliathánach bunaithe ar graphene-hBN (graphene + boron nitride), agus go bhfuil comhsheasmhacht siméadrachta ag heterojunctions bunaithe ar dhéchalcogenides miotail trasdula. I gcás graiféine/bóiriléine, tá an scéal beagán difriúil - is beag cosúlacht struchtúrach atá acu i dtéarmaí tairisigh laitíse nó siméadracht chriostail. Ina ainneoin seo, áfach, léiríonn an comhéadan cliathánach graphene/bóiriléine comhsheasmhacht adamhach beagnach foirfe, agus na treoracha as a chéile bórón (B-row) ailínithe leis na treoracha zigzag (ZZ) de graphene (3А). Ar 3V taispeántar íomhá formhéadaithe de réigiún ZZ den chomhéadan heitrea-aghaidh (léiríonn línte gorma gnéithe idiréadanacha a fhreagraíonn do bhannaí comhfhiúsacha bórón-charbóin).
Ós rud é go bhfásann boróipéin ag teocht níos ísle i gcomparáid le graphene, ní dócha go mbeidh soghluaisteacht ard ag imill an fhearainn graphene agus iad ag foirmiú heterointerface le bóróipéin. Mar sin, is dócha gur de thoradh cumraíochtaí agus tréithe éagsúla de bhannaí bóróin illáithreacha an heitrea-chomhéadan atá beagnach beacht adamhach. Speictreascópacht tollánaithe scanadh (3S( ) agus seoltacht dhifreálach tolláin (3D) a thaispeáint go dtarlaíonn an t-aistriú leictreonach ó ghraiféin go dtí bóraifhein thar achar ~5 Å gan aon staideanna comhéadain infheicthe.
Ar an íomhá 3E Taispeántar trí speictream speictreascópachta tollánaithe scanadh tógtha ar feadh na dtrí líne briste i 3D, a dheimhníonn go bhfuil an t-aistriú gearr leictreonach seo neamhíogair do struchtúir áitiúla idir-éadan agus go bhfuil sé inchomparáide leis an gcomhéadain ag comhéadain bórfheinice-airgid.
Íomhá #4
Graiféin idirghaoil* Rinneadh staidéar forleathan roimhe seo freisin, ach is annamh a dhéantar idirchaltáin a thiontú ina bhfíor-bhileoga 2D.
Idirghalú* - cuimsiú inchúlaithe móilín nó grúpa móilíní idir móilíní eile nó grúpaí móilíní.
Tugann ga adamhach beag bórón agus an t-idirghníomhú lag idir graphene agus Ag(111) le fios go bhféadfadh idirgháiféin a bheith ann le bórón. San íomhá 4А cuirtear fianaise i láthair ní hamháin ar idircalú bórón, ach freisin ar fhoirmiú heitreastruchtúir ingearacha bórón-graphene, go háirithe fearainn triantánacha timpeallaithe ag graiféin. Deimhníonn an laitís cíor mheala a breathnaíodh ar an bhfearann triantánach seo láithreacht graphene. Mar sin féin, taispeánann an graphene seo dlús áitiúil stáit níos ísle ag -50 meV i gcomparáid leis an graphene máguaird (4V). I gcomparáid le graphene go díreach ar Ag(111), níl aon fhianaise ann go bhfuil dlús áitiúil ard staid sa speictream dI/dV (4C, cuar gorm), a fhreagraíonn do staid an dromchla Ag(111), an chéad fhianaise ar idirghalú bórón.
Chomh maith leis sin, de réir mar a bheifí ag súil le hidirmhalartú páirteach, fanann an laitís graphene leanúnach ar feadh an chomhéadain chliathánaigh idir an graphene agus an réigiún triantánach (4D - a fhreagraíonn d'achar dronuilleogach ar 4А, ciorcal timpeall air i líne dhearg). Dheimhnigh íomhá a úsáideann CO ar shnáthaid micreascóp freisin láithreacht eisíontais ionadaíochta bórón (4E - a fhreagraíonn d'achar dronuilleogach ar 4А, ciorcaláilte i líne poncaithe buí).
Baineadh úsáid freisin as snáthaidí micreascóp gan sciath ar bith le linn na hanailíse. Sa chás seo, nochtadh comharthaí d’eilimintí líneacha aontoiseacha le tréimhsiúlacht 5 Å sna fearainn graphene idirghaolaithe (4F и 4G). Tá na struchtúir aontoiseacha seo cosúil leis na sraitheanna bóróin sa mhúnla bórónéin. Chomh maith leis an tsraith pointí a fhreagraíonn do graphene, an Fourier athrú ar an íomhá isteach 4G taispeánann sé péire pointí orthogonal a fhreagraíonn do laitís dronuilleogach 3 Å x 5 Å (4H), atá ag teacht go sármhaith leis an tsamhail bóróipéin. Ina theannta sin, an treoshuíomh triple breathnaithe ar an sraith d'eilimintí líneacha (1E(b) a chomhaontaíonn go maith leis an struchtúr ceannasach céanna a breathnaíodh do leatháin boróipéine.
Tugann na breathnuithe seo go léir le tuiscint go láidir go n-idirghaolaítear graphene le bóraifhein in aice le himill Ag, rud a fhágann go gcruthaítear heitreastruchtúir ingearacha bórailéine-grafene, ar féidir a bhaint amach go buntáisteach trí chlúdach tosaigh graphene a mhéadú.
4I is léiriú scéimreach é ar heitreastruchtúr ingearach ar 4H, áit a bhfuil treo an tsraith bórón (saighead bándearg) ailínithe go dlúth le treo zigzag graphene (saighead dubh), agus mar sin cruthaítear heitreastruchtúr ingearach comhréireach rothlach.
Le haghaidh aithne níos mionsonraithe ar nuances an staidéir, molaim féachaint ar и dó.
Epilogue
Léiríodh sa staidéar seo go bhfuil borraifín sách in ann heitreastruchtúr cliathánach agus ingearach a fhoirmiú le graphene. Is féidir córais den sórt sin a úsáid i bhforbairt cineálacha nua d’eilimintí déthoiseacha a úsáidtear i nanaitheicneolaíocht, leictreonaic solúbtha agus inchaite, chomh maith le cineálacha nua leathsheoltóirí.
Creideann na taighdeoirí féin go bhféadfadh a bhforbairt a bheith ina bhrú cumhachtach ar aghaidh le haghaidh teicneolaíochtaí a bhaineann le leictreonaic. Mar sin féin, tá sé fós deacair a rá go cinnte go mbeidh a gcuid focal prophetic. I láthair na huaire, tá go leor fós le taighde, le tuiscint agus le ceapadh ionas go mbeidh na smaointe ficsean eolaíochta sin a líonann intinn na n-eolaithe ina réaltacht iomlán.
Go raibh maith agat as léamh, fanaigí fiosrach agus bíodh seachtain iontach agaibh. 🙂
Go raibh maith agat as fanacht linn. An maith leat ár n-alt? Ar mhaith leat ábhar níos suimiúla a fheiceáil? Tacaigh linn trí ordú a dhéanamh nó moladh a thabhairt do chairde, Lascaine 30% d’úsáideoirí Habr ar analóg uathúil de fhreastalaithe leibhéal iontrála, a cheap muid duit: (ar fáil le RAID1 agus RAID10, suas le 24 croíleacan agus suas le 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 uair níos saoire? Ach anseo san Ísiltír! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ó $99! Léigh faoi
Foinse: will.com