“Is e mùthadh an dòigh as fheàrr air dìomhaireachd mean-fhàs fhuasgladh. Mairidh an t-slighe leasachaidh bhon fhàs-bheairt as sìmplidh gu prìomh ghnè bith-eòlasach mìltean bhliadhnaichean. Ach a h-uile ceud mìle bliadhna tha adhartas mòr ann an mean-fhàs" (Teàrlach Xavier, X-Men, 2000). Ma chuireas sinn às do na h-eileamaidean ficsean-saidheans a tha an làthair ann an comaigean agus filmichean, tha faclan an Àrd-ollamh X gu math fìor. Bidh leasachadh rudeigin a 'dol air adhart gu cothromach a' mhòr-chuid den ùine, ach uaireannan tha geansaidhean ann a bheir buaidh mhòr air a 'phròiseas gu lèir. Tha seo a’ buntainn chan ann a-mhàin ri mean-fhàs gnèithean, ach cuideachd ri mean-fhàs teicneòlais, is e am prìomh adhbhar airson daoine, an rannsachadh agus an innleachdan. An-diugh gheibh sinn eòlas air sgrùdadh a tha, a rèir an ùghdaran, na fhìor leum mean-fhàs ann an nanoteicneòlas. Ciamar a chaidh aig luchd-saidheans bho Oilthigh Northwestern (USA) air heterostructure dà-thaobhach ùr a chruthachadh, carson a chaidh graphene agus borophene a thaghadh mar bhunait, agus dè na feartan a dh’ fhaodadh a bhith aig siostam mar sin? Innsidh aithisg na buidhne rannsachaidh dhuinn mu dheidhinn seo. Rachaibh.
Bunait rannsachaidh
Tha sinn air an teirm “graphene” a chluinntinn iomadh uair; tha e na atharrachadh dà-thaobhach air gualain, anns a bheil còmhdach de atoman gualain 1 atom tiugh. Ach tha "borofen" gu math tearc. Tha an teirm seo a’ toirt iomradh air criostal dà-mheudach anns nach eil ann ach dadaman boron (B). Bhathas an dùil gum biodh borophene ann an toiseach ann am meadhan nan 90an, ach ann an cleachdadh cha d’ fhuaireadh ach an structar seo ro 2015.
Tha structar atamach borophene air a dhèanamh suas de eileamaidean triantanach agus sia-thaobhach agus tha e mar thoradh air an eadar-obrachadh eadar bannan dà-ionad agus ioma-ionad in-itealan, a tha gu math àbhaisteach airson eileamaidean le dìth dealanach, a tha a’ toirt a-steach boron.
*Le bannan dà-mheadhan agus ioma-mheadhan tha sinn a’ ciallachadh bannan ceimigeach - eadar-obrachaidhean dadaman a tha a’ comharrachadh seasmhachd moileciuil no criostal mar aon structar. Mar eisimpleir, bidh ceangal dà-ionad dà-dealanach a’ tachairt nuair a bhios 2 dadam a’ roinn 2 eleactronan, agus bidh ceangal trì-dealanach dà-ionad a’ tachairt nuair a bhios 2 dadam agus 3 dealanan, msaa.
Bho shealladh fiosaigeach, faodaidh borophene a bhith nas làidire agus nas sùbailte na graphene. Thathas cuideachd a’ creidsinn gum faodadh structaran borophene a bhith nan taic èifeachdach airson bataraidhean leis gu bheil comas sònraichte àrd aig borophene agus giùlan dealanach gun samhail agus feartan còmhdhail ian. Ach, aig an àm seo chan eil ann ach teòiridh.
A bhith eileamaid trivalent*, tha co-dhiù 10 aig boron allotròp*. Ann an cruth dà-thaobhach, coltach polymorphism* air a choimhead cuideachd.
Eileamaid trivalent* comasach air trì bannan covalent a chruthachadh, agus tha siùbhlachd aca trì.
Allotropy* - nuair a dh'fhaodar aon eileamaid cheimigeach a thaisbeanadh ann an cruth dà stuth sìmplidh no barrachd. Mar eisimpleir, carbon - daoimean, graphene, graphite, carbon nanotubes, etc.
Polymorphism* - comas stuth a bhith ann an diofar structaran criostail (atharrachaidhean polymorphic). Ann an cùis stuthan sìmplidh, tha an teirm seo co-ionnan ri allotropy.
Leis an polymorphism farsaing seo, thathas a’ moladh gum faodadh borophene a bhith na thagraiche math airson heterostructures dà-mheudach ùra a chruthachadh, leis gum bu chòir diofar rèiteachaidhean ceangail boron na riatanasan maidsidh leusair a shocrachadh. Gu mì-fhortanach, chaidh a 'chùis seo a sgrùdadh roimhe seo a-mhàin aig ìre teòiridheach air sgàth duilgheadasan ann an synthesis.
Airson stuthan àbhaisteach 2D a gheibhear bho chriostalan mòr-fhilleadh, faodar heterostructures dìreach a thoirt gu buil a ’cleachdadh cruachadh meacanaigeach. Air an làimh eile, tha heterostructures dà-thaobhach taobhach stèidhichte air synthesis bhon bhonn gu h-àrd. Tha comas mòr aig heterostructures taobhach mionaideach atamach ann a bhith a’ fuasgladh dhuilgheadasan smachd gnìomh heterojunction, ge-tà, mar thoradh air ceangal covalent, bidh maidseadh uachdaran neo-fhoirfe mar as trice a’ leantainn gu eadar-aghaidh farsaing agus mì-rianail. Mar sin, tha comas ann, ach tha duilgheadasan ann cuideachd le bhith ga thoirt gu buil.
Anns an obair seo, chaidh aig an luchd-rannsachaidh air borophene agus graphene fhilleadh a-steach do aon heterostructure dà-thaobhach. A dh’ aindeoin an neo-chothromachd leusair criostalach agus co-chothromachd eadar borophene agus graphene, tha tasgadh sreathach de ghualain agus boron air fo-fhilleadh Ag (111) fo fhalamh ultra-àrd (UHV) a’ leantainn gu eadar-aghaidh taobhach cha mhòr atamach mionaideach le co-thaobhadh uachdaran, a bharrachd air eadar-aghaidhean dìreach hetero. .
Ullachadh sgrùdaidh
Mus deach sgrùdadh a dhèanamh air an heterostructure, dh'fheumadh e a bhith air a dhèanamh. Chaidh fàs graphene agus borophene a dhèanamh ann an seòmar falamh ultra-àrd le cuideam de 1x10-10 millibars.
Chaidh an t-substrate criostail singilte Ag (111) a ghlanadh le ath-chuairtean de sputtering Ar + (1 x 10-5 millibar, 800 eV, 30 mionaidean) agus annealing teirmeach (550 ° C, 45 mionaidean) gus Ag atamach glan agus rèidh. 111) uachdar. .
Chaidh graphene fhàs le falmhachadh giùlan dealanach de shlat grafait fìor-ghlan (99,997%) le trast-thomhas de 2.0 mm air substrate Ag (750) air a theasachadh gu 111 ° C aig sruth teasachaidh de ~ 1.6 A agus bholtadh luathachaidh de ~ 2 kV , a bheir sruth sgaoilidh de ~ 70 mA agus flux gualain ~40 nA. Bha an cuideam anns an t-seòmar 1 x 10-9 millibars.
Chaidh borophene fhàs tro bhith a’ falmhachadh giùlan dealanach de shlat boron fìor-ghlan (99,9999%) air submonolayer graphene air Ag (400) air a theasachadh gu 500-111 ° C. B’ e an sruth filament ~ 1.5 A agus b’ e an bholtadh luathachaidh 1.75 kV, a tha a’ toirt sruth sgaoilidh de ~34 mA agus flux boron de ~10 NA. Bha an cuideam anns an t-seòmar nuair a bha fàs borophene timcheall air 2 x 10-10 millibar.
Toraidhean rannsachaidh
Ìomhaigh #1
Air an dealbh 1A air a shealltainn STM* dealbh de graphene fàs, far a bheil na raointean graphene air am faicinn nas fheàrr le bhith a’ cleachdadh mapa dI/dV (1B), càite I и V a bheil an sruth tunail agus gluasad sampall, agus d - dùmhlachd.
STM* - a’ sganadh miocroscop tunail.
dI/dV leig mapaichean den t-sampall dhuinn dùmhlachd ionadail nas àirde de stàitean graphene fhaicinn an taca ri substrate Ag (111). A rèir sgrùdaidhean roimhe, tha feart ceum aig staid uachdar Ag (111), air a ghluasad gu lùth adhartach le dI/dV speactram graphene (1С), a tha a’ mìneachadh an dùmhlachd ionadail nas àirde de stàitean graphene air 1B aig 0.3V.
Air an dealbh 1D chì sinn structar graphene aon-fhillte, far a bheil an leusair meala agus àrd-structar moiré*.
Sàr-structair* - feart de structar todhar criostalach a bhios ag ath-aithris aig àm sònraichte agus mar sin a’ cruthachadh structar ùr le ùine eile.
Moire* - superposition dà phàtran mogaill bho àm gu àm air mullach a chèile.
Aig teòthachd nas ìsle, bidh fàs a 'leantainn gu cruthachadh raointean graphene dendritic agus easbhaidheach. Mar thoradh air eadar-obrachadh lag eadar graphene agus an substrate bunaiteach, chan eil co-thaobhadh rothlach graphene a thaobh an Ag(111) bunaiteach gun samhail.
Às deidh tasgadh boron, sganadh miocroscop tunail (1E) sealltainn gu robh measgachadh de raointean borophene agus graphene ann. Cuideachd rim faicinn san ìomhaigh tha roinnean taobh a-staigh an graphene, a chaidh an comharrachadh nas fhaide air adhart mar graphene eadar-cheangailte le borophene (air a chomharrachadh san ìomhaigh Gr/B). Tha eileamaidean sreathach air an stiùireadh ann an trì stiùiridhean agus air an sgaradh le ceàrn 120 ° rim faicinn gu soilleir san raon seo (saigheadan buidhe).
Ìomhaigh #2
Dealbh air 2Amar sin 1E, dearbhaich coltas ìsleachaidhean dorcha ionadail ann an graphene às deidh tasgadh boron.
Gus sgrùdadh nas fheàrr a dhèanamh air na cumaidhean sin agus faighinn a-mach cò às a thàinig iad, chaidh dealbh eile a thogail den aon raon, ach a’ cleachdadh mhapaichean |dlnI/dz| (2B), càite I - sruth tunail, d tha an dùmhlachd, agus z - dealachadh sampall probe (am beàrn eadar an t-snàthad miocroscop agus an sampall). Tha cleachdadh an dòigh seo ga dhèanamh comasach ìomhaighean fhaighinn le rùn farsaingeachd àrd. Faodaidh tu cuideachd CO no H2 a chleachdadh air an t-snàthad miocroscop airson seo.
Ìomhaigh Ìomhaigh 2С Is e ìomhaigh a gheibhear le bhith a’ cleachdadh STM aig an robh am bàrr còmhdaichte le CO. Coimeas eadar dealbhan А, В и С sealltainn gu bheil na h-eileamaidean atamach uile air am mìneachadh mar trì hexagons soilleir faisg air làimh air an stiùireadh ann an dà stiùireadh nach eil co-ionann (triantan dearg is buidhe anns na dealbhan).
Dealbhan nas motha den raon seo (2D) dearbhadh gu bheil na h-eileamaidean sin ag aontachadh le neo-chunbhalachd boron dopant, a’ gabhail thairis dà sublattices graphene, mar a tha air a chomharrachadh leis na structaran os-cionn.
Rinn còmhdach CO den t-snàthad miocroscop e comasach structar geoimeatrach an duilleag borophene fhoillseachadh (2E), rud a bhiodh do-dhèanta nam biodh an snàthad àbhaisteach (meatailt) às aonais còmhdach CO.
Ìomhaigh #3
Cruthachadh eadar-aghaidhean taobhach eadar borophene agus graphene (3A) bu chòir tachairt nuair a dh’fhàsas borophene ri taobh raointean graphene anns a bheil boron mar-thà.
Tha luchd-saidheans a’ cur an cuimhne gu bheil cunbhalachd lann aig heterointerfaces taobhach stèidhichte air graphene-hBN (graphene + boron nitride), agus gu bheil cunbhalachd co-chothromachd aig heterojunctions stèidhichte air dichalcogenides meatailt gluasaid. A thaobh graphene / borophene, tha an suidheachadh beagan eadar-dhealaichte - chan eil ach glè bheag de choltas structarail aca a thaobh seasmhachd lattice no co-chothromachd criostail. Ach, a dh’ aindeoin seo, tha an eadar-aghaidh thaobhach graphene / borophene heterophene a’ nochdadh cunbhalachd atamach cha mhòr foirfe, leis an t-sreath boron (B-row) a rèir stiùiridhean zigzag (ZZ) de graphene (3A). Air adhart 3B tha ìomhaigh meudaichte de roinn ZZ den eadar-aghaidh hetero air a shealltainn (tha loidhnichean gorm a’ nochdadh eileamaidean eadar-aghaidh a tha co-chosmhail ri bannan covalent boron-carbon).
Leis gu bheil borophene a’ fàs aig teòthachd nas ìsle an taca ri graphene, tha coltas ann nach bi gluasad àrd aig oirean an àrainn graphene nuair a bhios iad a’ cruthachadh eadar-aghaidh heterophene le borophene. Mar sin, tha coltas ann gu bheil an heterointerface cha mhòr atamach mar thoradh air diofar rèiteachaidhean agus feartan bannan boron ioma-làrach. A’ sganadh tunail speactrascopaidh (3С) agus giùlan tunail eadar-dhealaichte (3D) sealltainn gu bheil an gluasad dealanach bho graphene gu borophene a’ tachairt thar astar ~5 Å gun stàitean eadar-aghaidh follaiseach.
Air an dealbh 3E Air an sealltainn tha trì speactra speactroscopaidh tunail sganaidh air an toirt a rèir nan trì loidhnichean briste ann an 3D, a tha a’ dearbhadh gu bheil an eadar-ghluasad goirid dealanach seo neo-mhothachail do structaran eadar-aghaidh ionadail agus gu bheil e coltach ris an fhear aig eadar-aghaidh borophene-airgid.
Ìomhaigh #4
Grafainn eadar-ghuidhe* air a bhith air a sgrùdadh gu farsaing roimhe seo, ach tha atharrachadh eadar-calants gu bhith nan duilleagan fìor 2D gu math tearc.
Eadar-mheasadh* - toirt a-steach moileciuil no buidheann de mholacilean a-rithist eadar moileciuilean eile no buidhnean de mholacilean.
Tha an radius beag atamach de bhoron agus an eadar-obrachadh lag eadar graphene agus Ag (111) a’ moladh eadar-cheangal graphene le boron. Anns an dealbh 4A tha fianais air a thaisbeanadh chan ann a-mhàin air eadar-luachadh boron, ach cuideachd air cruthachadh heterostructures borophene-graphene dìreach, gu sònraichte raointean triantanach air an cuairteachadh le graphene. Tha an leaghan meala a chaidh fhaicinn air an raon thriantanach seo a’ dearbhadh gu bheil graphene ann. Ach, tha an graphene seo a’ nochdadh dùmhlachd ionadail nas ìsle de stàitean aig -50 meV an taca ris an graphene mun cuairt (4B). An coimeas ri graphene gu dìreach air Ag (111), chan eil fianais sam bith ann gu bheil dùmhlachd ionadail àrd de stàitean anns an speactram dI/dV (4C, lùb ghorm), a rèir staid uachdar Ag (111), a’ chiad fhianais air eadar-luachadh boron.
Cuideachd, mar a bhiodh dùil airson pàirt eadar-cheangail, tha an lattice graphene fhathast leantainneach air feadh an eadar-aghaidh taobhach eadar an graphene agus an roinn triantanach (4D - a 'freagairt ri sgìre ceart-cheàrnach air 4A, air a chuairteachadh ann an loidhne dotagach dearg). Dhearbh ìomhaigh a’ cleachdadh CO air snàthad miocroscop cuideachd gu robh neo-chunbhalachd ionadachaidh boron ann (4E - a 'freagairt ri sgìre ceart-cheàrnach air 4A, air a chuairteachadh ann an loidhne dotagach buidhe).
Chaidh snàthadan miocroscop gun chòmhdach sam bith a chleachdadh cuideachd rè an sgrùdaidh. Anns a 'chùis seo, chaidh comharran de eileamaidean sreathach aon-thaobhach le ùine de 5 Å fhoillseachadh anns na raointean graphene eadar-cheangailte (4F и 4G). Tha na structaran aon-thaobhach seo coltach ris na sreathan boron anns a 'mhodail borophene. A bharrachd air an t-seata de phuingean a fhreagras air graphene, an Fourier cruth-atharrachadh air an ìomhaigh a-steach 4G a’ taisbeanadh paidhir de phuingean orthogonal a’ freagairt ri leus ceart-cheàrnach 3 Å x 5 Å (4H), a tha ann an deagh aonta leis a’ mhodail borophene. A bharrachd air an sin, tha an stiùireadh trì-fhillte a chaidh fhaicinn den raon de eileamaidean sreathach (1E) ag aontachadh gu math leis an aon structar as cudromaiche a chaidh fhaicinn airson duilleagan borophene.
Tha na beachdan sin uile a’ moladh gu làidir eadar-cheangal graphene le borophene faisg air oirean Ag, a tha mar sin a’ leantainn gu cruthachadh heterostructures borophene-graphene dìreach, a dh’ fhaodar a thoirt gu buil gu buannachdail le bhith ag àrdachadh còmhdach tùsail graphene.
4I a tha na riochdachadh sgeamach de heterostructure dìreach air 4H, far a bheil stiùireadh an t-sreath boron (saighead pinc) ceangailte gu dlùth ri stiùireadh zigzag graphene (saighead dhubh), agus mar sin a’ cruthachadh heterostructure inghearach co-roinneil.
Airson eòlas nas mionaidiche air nuances an sgrùdaidh, tha mi a’ moladh coimhead air и dha.
Epilogue
Sheall an sgrùdadh seo gu bheil borophene gu math comasach air heterostructures taobhach is dìreach a chruthachadh le graphene. Faodar siostaman leithid seo a chleachdadh ann a bhith a’ leasachadh seòrsaichean ùra de eileamaidean dà-mheudach a thathas a’ cleachdadh ann an nanicneòlas, electronics sùbailte agus so-ruigsinneach, a bharrachd air seòrsachan ùra de semiconductors.
Tha an luchd-rannsachaidh fhèin den bheachd gum faodadh an leasachadh aca a bhith na ghluasad cumhachdach air adhart airson teicneòlasan co-cheangailte ri electronics. Ach, tha e fhathast duilich a ràdh le cinnt gum fàs na faclan aca fàidheadaireachd. Aig an àm seo, tha tòrr ri rannsachadh, tuigsinn agus innleachdach fhathast gus am bi na beachdan ficsean saidheans sin a lìonas inntinnean luchd-saidheans gu bhith nan làn-fhìrinn.
Tapadh leibh airson an leughadh, fuirich fiosrachail agus bi seachdain math agad guys. 🙂
Tapadh leibh airson fuireach còmhla rinn. An toil leat na h-artaigilean againn? A bheil thu airson susbaint nas inntinniche fhaicinn? Thoir taic dhuinn le bhith a’ cur òrdugh no a’ moladh do charaidean, Lasachadh de 30% airson luchd-cleachdaidh Habr air analog sònraichte de luchd-frithealaidh ìre inntrigidh, a chaidh a chruthachadh leinn dhut: (ri fhaighinn le RAID1 agus RAID10, suas ri 24 cores agus suas ri 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 uair nas saoire? A-mhàin an seo anns an Òlaind! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - bho $99! Leugh mu dheidhinn
Source: www.habr.com