"Mitasyon se kle pou devwale mistè evolisyon an. Chemen devlopman soti nan òganis ki pi senp nan espès byolojik dominan yo dire plizyè milye ane. Men, chak san mil ane gen yon gwo kwasans pi devan nan evolisyon" (Charles Xavier, X-Men, 2000). Si nou jete tout eleman syans-fiksyon ki prezan nan komik ak fim, Lè sa a, pawòl Pwofesè X yo se byen vre. Devlopman nan yon bagay ap mache respire pi fò nan tan an, men pafwa gen so ki gen yon gwo enpak sou pwosesis la tout antye. Sa a aplike pa sèlman nan evolisyon nan espès, men tou nan evolisyon nan teknoloji, chofè prensipal la nan ki se moun, rechèch yo ak envansyon. Jodi a nou pral fè konesans ak yon etid ki, dapre otè li yo, se yon kwasans reyèl evolisyonè nan nanoteknoloji. Ki jan syantis ki soti nan Northwestern University (USA) te jere yo kreye yon nouvo etewostrikti ki genyen de dimansyon, poukisa yo te chwazi grafèn ak borofèn kòm baz, e ki pwopriyete yon sistèm konsa ka genyen? Rapò gwoup rechèch la pral di nou sou sa. Ale.
Rechèch baz
Nou te tande tèm "grafèn nan" anpil fwa; li se yon modifikasyon de dimansyon nan kabòn, ki fòme ak yon kouch atòm kabòn 1 atòm epesè. Men, "borofen" se trè ra. Tèm sa a refere a yon kristal ki genyen de dimansyon ki fòme sèlman nan atòm bor (B). Posiblite pou egzistans borofèn te premye prevwa tounen nan mitan ane 90 yo, men nan pratik estrikti sa a te jwenn sèlman pa 2015.
Estrikti atomik borofèn la konsiste de eleman triyangilè ak egzagonal epi li se yon konsekans entèraksyon ant de sant ak milti-sant nan lyezon nan avyon, ki trè tipik pou eleman elèktron ki manke, ki gen ladan bor.
*Pa de-sant ak miltisant lyezon nou vle di lyezon chimik - entèraksyon nan atòm ki karakterize estabilite nan yon molekil oswa kristal kòm yon estrikti sèl. Pa egzanp, yon kosyon de-sant de-elektron rive lè 2 atòm pataje 2 elektwon, ak yon kosyon de sant twa-elektron rive lè 2 atòm ak 3 elektwon, elatriye.
Soti nan yon pwen de vi fizik, borofèn ka pi fò ak pi fleksib pase grafèn. Yo kwè tou ke estrikti borofèn ta ka yon konpleman efikas pou pil paske borofèn gen gwo kapasite espesifik ak inik konduktiviti elektwonik ak pwopriyete transpò iyon. Sepandan, nan moman sa a se jis yon teyori.
Lè ou eleman trivalent*, bor gen omwen 10 allotropes*. Nan fòm ki genyen de dimansyon, menm jan an polimorfism* se tou obsève.
eleman trivalent* kapab fòme twa lyezon kovalan, valens ki se twa.
alotropi* - lè yon eleman chimik ka prezante nan fòm de oswa plis sibstans ki senp. Kòm yon egzanp, kabòn - dyaman, grafèn, grafit, nanotub kabòn, elatriye.
Polimòfis * - kapasite yon sibstans pou egziste nan diferan estrikti kristal (modifikasyon polimòfik). Nan ka sibstans ki senp, tèm sa a se synonym ak allotropi.
Bay polimorfism lajè sa a, li sijere ke borofèn ka yon kandida ekselan pou kreye nouvo etewostrikti ki genyen de dimansyon, paske diferan konfigirasyon lyezon bor yo ta dwe detann kondisyon yo matche lasi. Malerezman, pwoblèm sa a te deja etidye sèlman nan nivo teyorik akòz difikilte nan sentèz.
Pou materyèl 2D konvansyonèl yo jwenn nan kristal kouch esansyèl, heterostructures vètikal yo ka reyalize lè l sèvi avèk anpile mekanik. Nan lòt men an, eterostrikti lateral ki genyen de dimansyon yo baze sou sentèz anba-up. Atomik egzak lateral heterostructures gen gwo potansyèl nan rezoud pwoblèm kontwòl fonksyonèl heterojunction, sepandan, akòz lyezon kovalan, matche lasi enpafè tipikman rezilta nan koòdone lajè ak dezòdone. Se poutèt sa, gen potansyèl, men gen tou pwoblèm nan reyalize li.
Nan travay sa a, chèchè yo jere yo entegre borofèn ak grafèn nan yon sèl eterostrikti ki genyen de dimansyon. Malgre dezakò kristalografik lasi a ak simetri ant borofèn ak grafèn, sekans depozisyon kabòn ak bor sou yon substra Ag (111) anba vakyòm ultra-segondè (UHV) rezilta nan heterointerfaces lateral prèske atomik presi ak aliyman lasi prevwa, osi byen ke heterointerfaces vètikal. .
Preparasyon etid
Anvan etidye heterostructure a, li te dwe fabrike. Te kwasans lan nan grafèn ak borofèn te pote soti nan yon chanm vakyòm ultra-wo ak yon presyon nan 1x10-10 milibar.
Te yon sèl kristal Ag (111) substra a netwaye pa sik repete nan Ar + sputtering (1 x 10-5 milibar, 800 eV, 30 minit) ak annealing tèmik (550 °C, 45 minit) pou jwenn yon atomikman pwòp ak plat Ag( 111) sifas. .
Grafèn te grandi pa evaporasyon gwo bout bwa elèktron nan yon baton grafit pi (99,997%) ak yon dyamèt 2.0 mm sou yon substra Ag (750) chofe a 111 °C nan yon aktyèl chofaj nan ~ 1.6 A ak yon vòltaj akselere nan ~ 2 kV. , ki bay yon aktyèl emisyon nan ~ 70 mA ak koule kabòn ~ 40 nA. Presyon nan chanm lan te 1 x 10-9 milibar.
Borofèn te grandi nan evaporasyon gwo bout bwa elèktron nan yon baton bor pi (99,9999%) sou grafèn submonolayer sou Ag (400) chofe a 500-111 °C. Aktyèl filaman an te ~ 1.5 A ak vòltaj akselere a te 1.75 kV, ki bay yon aktyèl emisyon nan ~ 34 mA ak yon flux bor nan ~ 10 nA. Presyon an nan chanm lan pandan kwasans lan nan borofèn te apeprè 2 x 10-10 milibar.
Rezilta rechèch
Imaj #1
Sou imaj la 1A montre STM* yon snapshot de grafèn grandi, kote domèn grafèn yo pi byen vizyalize lè l sèvi avèk yon kat jeyografik. dI/dV (1V), ki kote I и V se aktyèl la tunneling ak echantiyon deplasman, ak d - dansite.
STM* — mikwoskòp tinèl optik.
dI/dV kat echantiyon an te pèmèt nou wè yon dansite lokal ki pi wo nan eta grafèn konpare ak substra Ag(111). An akò ak etid anvan yo, eta sifas Ag (111) gen yon karakteristik etap, deplase nan direksyon enèji pozitif pa dI/dV spectre grafèn (1S), ki eksplike dansite lokal ki pi wo nan eta grafèn sou 1V nan 0.3 eV.
Sou imaj la 1D nou ka wè estrikti nan yon sèl-kouch grafèn, kote lasi a siwo myèl ak sipèstrikti moiré*.
Sipèstrikti* - yon karakteristik nan estrikti a nan yon konpoze kristal ki repete nan yon sèten entèval epi konsa kreye yon nouvo estrikti ak yon peryòd altènasyon diferan.
Moire* - sipèpozisyon de modèl may peryodik sou tèt youn ak lòt.
Nan pi ba tanperati, kwasans mennen nan fòmasyon nan domèn dendritik ak defektye grafèn. Akòz entèraksyon fèb ant grafèn ak substra ki kache a, aliyman wotasyon grafèn ki gen rapò ak Ag (111) ki kache a pa inik.
Apre depozisyon bor, mikwoskospi tinèl analiz (1E) te montre prezans yon konbinezon de domèn borofèn ak grafèn. Epitou vizib nan imaj la se rejyon andedan grafèn nan, ki pita idantifye kòm grafèn entèrkalye ak borofèn (ki endike nan imaj la. Gr/B). Eleman lineyè oryante nan twa direksyon epi separe pa yon ang 120° yo tou vizib klèman nan zòn sa a (flèch jòn).
Imaj #2
Foto sou 2Aosi byen 1E, konfime aparans nan depresyon nwa lokalize nan grafèn apre depozisyon bor.
Pou pi byen egzamine fòmasyon sa yo epi chèche konnen orijin yo, yo te pran yon lòt foto nan menm zòn nan, men lè l sèvi avèk kat |dln.I/dz| (2B), kote I - aktyèl tinèl, d se dansite a, ak z — separasyon sond-echantiyon (distans ki genyen ant zegwi a mikwoskòp ak echantiyon an). Sèvi ak teknik sa a fè li posib pou jwenn imaj ki gen gwo rezolisyon espasyal. Ou kapab tou itilize CO oswa H2 sou zegwi mikwoskòp la pou sa.
Изображение 2S se yon imaj yo te jwenn lè l sèvi avèk yon STM ki gen pwent yo te kouvwi ak CO. Konparezon imaj А, В и С montre ke tout eleman atomik yo defini kòm twa ègzagòn adjasan ki dirije nan de direksyon ki pa ekivalan (triyang wouj ak jòn nan foto yo).
Imaj elaji nan zòn sa a (2D) konfime ke eleman sa yo yo an akò ak enpurte dopant bor, okipe de sublatti grafèn, jan sa endike nan estrikti yo sipèpoze.
Kouch CO nan zegwi mikwoskòp la te fè li posib pou revele estrikti jewometrik fèy borofèn lan (2E), ki ta enposib si zegwi a te estanda (metal) san CO kouch.
Imaj #3
Fòmasyon eterokoòdone lateral ant borofèn ak grafèn (3A) ta dwe rive lè borofèn grandi akote domèn grafèn ki deja genyen bor.
Syantis yo raple ke heterointerfaces lateral ki baze sou grafèn-hBN (grafèn + nitrur bor) gen konsistans lasi, ak heterojunctions ki baze sou dichalcogenides metal tranzisyon yo gen konsistans simetri. Nan ka grafèn / borofèn, sitiyasyon an se yon ti kras diferan - yo gen resanblans minimòm estriktirèl an tèm de konstan lasi oswa simetri kristal. Sepandan, malgre sa, eterokoòdone lateral grafèn/borofèn demontre konsistans atomik prèske pafè, ak direksyon ranje bor (B-ranje) ki aliyen ak direksyon zigzag (ZZ) grafèn (3A). Sou 3V yo montre yon imaj agrandi rejyon ZZ nan eterokoòdone a (liy ble yo endike eleman entèfas ki koresponn ak lyezon kovalan bor-kabòn).
Depi borofèn ap grandi nan yon tanperati ki pi ba konpare ak grafèn, bor yo nan domèn grafèn yo pa gen anpil chans pou yo gen gwo mobilite lè yo fòme yon eterokoòdone ak borofèn. Se poutèt sa, heterointerface prèske atomik egzak la gen anpil chans yon rezilta nan konfigirasyon diferan ak karakteristik nan lyezon bor miltisit. Analyse espektroskopi tinèl (3S) ak konduktiviti tinèl diferans (3D) montre ke tranzisyon elektwonik soti nan grafèn nan borofèn rive sou yon distans ~ 5 Å ki pa gen okenn eta koòdone vizib.
Sou imaj la 3E Yo montre twa spèktroskopi tinèl optik yo pran sou twa liy tirè yo nan 3D, ki konfime ke tranzisyon elektwonik kout sa a pa sansib a estrikti entèfas lokal yo epi li konparab ak sa ki nan koòdone borofèn-ajan.
Imaj #4
Grafèn entèrkalasyon* te deja etidye tou anpil, men konvèsyon nan entèkalan nan fèy papye 2D vre se relativman ra.
Intercalation* - revèsib enklizyon yon molekil oswa yon gwoup molekil ant lòt molekil oswa gwoup molekil.
Ti reyon atomik bor ak entèraksyon fèb ant grafèn ak Ag(111) sijere posiblite entèkilasyon grafèn ak bor. Nan imaj la 4A prèv yo prezante pa sèlman nan entèkalasyon bor, men tou, nan fòmasyon nan eterostrikti vètikal borofèn-grafèn, espesyalman domèn triyangilè ki antoure pa grafèn. Lasi siwo myèl yo obsève sou domèn triyangilè sa a konfime prezans grafèn. Sepandan, grafèn sa a montre yon pi ba dansite lokal nan eta nan -50 meV konpare ak grafèn ki antoure (4V). Konpare ak grafèn dirèkteman sou Ag(111), pa gen okenn prèv ki montre yon gwo dansite lokal nan eta nan spectre an. dI/dV (4C, koub ble), ki koresponn ak eta sifas Ag(111), se premye prèv entèkalasyon bor.
Epitou, jan yo espere pou entèkalasyon pasyèl, lasi grafèn lan rete kontinyèl nan tout koòdone lateral ant grafèn ak rejyon triyangilè a (4D - koresponn ak yon zòn rektangilè sou 4A, makonnen nan liy pwentiye wouj). Yon imaj ki sèvi ak CO sou yon zegwi mikwoskòp konfime tou prezans enpurte sibstitisyon bor (4E - koresponn ak yon zòn rektangilè sou 4A, makonnen nan liy pwentiye jòn).
Zegwi mikwoskòp san okenn kouch yo te itilize tou pandan analiz la. Nan ka sa a, siy eleman lineyè ki genyen yon dimansyon ak yon peryodikite 5 Å yo te revele nan domèn grafèn entèrkalye yo (4F и 4G). Estrikti yon dimansyon sa yo sanble ak ranje bor nan modèl borofèn la. Anplis seri pwen ki koresponn ak grafèn, transfòmasyon Fourier imaj la an 4G montre yon pè pwen ortogonal ki koresponn ak yon lasi rektangilè 3 Å x 5 Å (4H), ki an akò ekselan ak modèl borofèn la. Anplis de sa, yo obsève trip oryantasyon etalaj la nan eleman lineyè (1E) dakò byen ak menm estrikti dominan yo obsève pou fèy borofèn.
Tout obsèvasyon sa yo sijere entèkalasyon grafèn pa borofèn tou pre bor Ag, ki konsekans mennen nan fòmasyon etewostrikti vètikal borofèn-grafèn, ki ka avantaje reyalize lè yo ogmante kouvèti inisyal la nan grafèn.
4I se yon reprezantasyon schematic nan yon heterostructure vètikal sou 4H, kote direksyon ranje bor la (flèch woz) byen aliyen ak direksyon zigzag nan grafèn (flèch nwa), konsa fòme yon eterostrikti vètikal wotasyon pwopòsyonèl.
Pou yon konesans pi detaye ak nuans etid la, mwen rekòmande gade и pou li.
Épilogue
Etid sa a te montre ke borofèn se byen kapab fòme eterostrikti lateral ak vètikal ak grafèn. Sistèm sa yo ka itilize nan devlopman nan nouvo kalite eleman ki genyen de dimansyon yo itilize nan nanoteknoloji, elektwonik fleksib ak portable, osi byen ke nouvo kalite semi-conducteurs.
Chèchè yo tèt yo kwè ke devlopman yo ta ka yon gwo pouse pi devan pou teknoloji ki gen rapò ak elektwonik. Sepandan, li toujou difisil pou w di ak sèten pawòl yo ap vin pwofetik. Nan moman sa a, toujou gen anpil bagay pou fè rechèch, konprann ak envante pou ke lide sa yo syans fiksyon ki ranpli lespri yo nan syantifik yo vin yon reyalite konplè.
Mèsi pou lekti, rete kirye epi pase yon bon semèn mesye. 🙂
Mèsi paske w rete avèk nou. Ou renmen atik nou yo? Vle wè plis kontni enteresan? Sipòte nou pa mete yon lòd oswa rekòmande pou zanmi, 30% rabè pou itilizatè Habr sou yon analòg inik nan sèvè nivo antre, ki te envante pa nou pou ou: (disponib ak RAID1 ak RAID10, jiska 24 nwayo ak jiska 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fwa pi bon mache? Sèlman isit la nan Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - soti nan $ 99! Li sou
Sous: www.habr.com