"Mutation mifteya eşkerekirina sira pêşveçûnê ye. Rêya pêşveçûnê ji organîzmaya herî hêsan heya cureyên biyolojîkî yên serdest bi hezaran salan berdewam dike. Lê her sed hezar salan di pêşveçûnê de gavek tûj heye." (Charles Xavier, X-Men, 2000). Ger em hemî hêmanên zanistî-fictionê yên ku di çîrok û fîliman de hene bavêjin, wê hingê gotinên Profesor X pir rast in. Pêşveçûnek tiştek pir caran bi heman rengî pêşve diçe, lê carinan bazdan hene ku bandorek mezin li ser tevahiya pêvajoyê dike. Ev ne tenê ji bo pêşkeftina cureyan, di heman demê de ji bo pêşkeftina teknolojiyê jî derbas dibe, ku ajokarê sereke mirov in, lêkolîn û dahênanên wan in. Îro em ê bi lêkolînek ku, li gorî nivîskarên wê, di nanoteknolojiyê de pêveçûnek rastîn a peşveçûn e nas bikin. Zanyarên ji Zanîngeha Northwestern (DYA) çawa karîn ku heterostrukturek nû ya du-alî biafirînin, çima grafen û borofen wekî bingeh hatin hilbijartin, û dibe ku pergalek weha xwedî kîjan taybetmendiyan be? Rapora koma lêkolînê dê li ser vê yekê ji me re vebêje. Ajotin.
Bingeha lêkolînê
Me peyva "grafene" gelek caran bihîstiye; ew guhertoyek du-alî ya karbonê ye, ku ji qatek atomên karbonê yên 1 atom stûr pêk tê. Lê "borofen" pir kêm e. Ev têgeh behsa krîstalek du-alî ye ku tenê ji atomên boron (B) pêk tê. Ihtîmala hebûna borofenê yekem car di nîvê salên 90-an de hate pêşbînîkirin, lê di pratîkê de tenê di sala 2015-an de gengaz bû ku ev avahî were bidestxistin.
Avahiya atomê ya borofenê ji hêmanên sêgoşeyî û şeşgoşeyî pêk tê û encama pêwendiya di navbera girêdanên du-navendî û pir-navendî yên di balafirê de ye, ku ji bo hêmanên kêmasiya elektron, ku bor jî tê de ye, pir tîpîk e.
*Mebesta me bi girêdanên du-navendî û pir-navendî girêdanên kîmyewî - danûstendinên atoman ku aramiya molekulek an krîstalek wekî avahiyek yekane diyar dike. Mînakî, girêdanek du-elektronî ya du-navendî çêdibe dema ku 2 atom 2 elektron parve dikin, û girêdanek du-navendî ya sê-elektronî çêdibe dema ku 2 atom û 3 elektron, hwd.
Ji nêrînek laşî ve, dibe ku borofen ji grafene bihêztir û maqûltir be. Di heman demê de tê bawer kirin ku strukturên borofenê dikarin ji bo bataryayên pêvekek bi bandor bin ji ber ku borofen xwedan kapasîteya taybetî ya bilind û guheztina elektronîkî ya bêhempa û taybetmendiyên veguheztina ion e. Lêbelê, vê gavê ev tenê teoriyek e.
Hebûn hêmana sêvalent*Boron herî kêm 10 heye allotropes *. Di forma du-alî de, wekhev polymorphism * jî tê dîtin.
Elementa sêvalent* dikare sê bendên kovalentî çêbike, valahiya wan sê ye.
Allotropy * - gava yek hêmanek kîmyewî dikare di forma du an çend madeyên hêsan de were pêşkêş kirin. Wek mînak, karbon - elmas, grafîn, grafît, nanotubeyên karbonê, hwd.
Polîmorfîzm* - şiyana maddeyek ku di strukturên krîstal ên cihêreng de hebe (guhertinên polîmorfîk). Di warê maddeyên hêsan de, ev têgeh bi alotropiyê re hevwate ye.
Ji ber vê polîmorfîzma berfireh, tê pêşniyar kirin ku borofen dibe berendamek hêja ji bo afirandina heterostrukturên nû yên du-alî, ji ber ku konfigurasyonên cihêreng ên girêdana boron divê hewcedariyên lihevhatina tîrêjê rihet bikin. Mixabin, ev mijar berê bi taybetî di asta teorîk de ji ber zehmetiyên di sentezê de hate lêkolîn kirin.
Ji bo materyalên kevneşopî yên 2D yên ku ji krîstalên qatkirî yên girs têne wergirtin, heterostrukturên vertîkal dikarin bi karanîna birêkûpêkkirina mekanîkî ve werin bicîh kirin. Ji hêla din ve, heterostrukturên paşîn ên du-alî li ser bingeha senteza jêrîn-jor in. Heterostrukturên paşîn ên atomî yên rast di çareserkirina pirsgirêkên kontrolkirina fonksiyonel a heterojunctionê de potansiyelek mezin hene, lêbelê, ji ber girêdana kovalentî, lihevhatina tîrêjê ya bêkêmasî bi gelemperî di navbeynkên berfireh û tevlihev de encam dide. Ji ber vê yekê, potansiyel heye, lê di pêkanîna wê de jî pirsgirêk hene.
Di vê xebatê de, lêkolîneran karîbûn borofen û grafene di yek heterostrukturek du-alî de bikin yek. Tevî nelihevhatina tora krîstalografî û hevsengiya di navbera borofen û grafenê de, rûbirûbûna peyhev a karbon û boronê li ser bingehek Ag(111) di binê valahiya pir-bilind (UHV) de dibe sedema heteronavberên paşîn ên hema hema ji hêla atomê ve bi rêzikên tîrêjê yên pêşbînkirî, û her weha her weha bi hev re. .
Amadekirina xwendinê
Berî xwendina heterostrukturê, pêdivî bû ku ew were çêkirin. Mezinbûna grafen û borofenê di jûreyek valahiya ultra-bilind a bi zexta 1x10-10 milîbar de pêk hat.
Substrata yek krîstal Ag(111) bi çerxên dûbare rijandina Ar+ (1 x 10-5 millibar, 800 eV, 30 hûrdeman) û paqijkirina termal (550 °C, 45 hûrdeman) hate paqij kirin da ku Ag ji hêla atomê ve paqij û safî were bidestxistin. 111) rû..
Grafen bi evaporkirina tîrêjê elektronîkî ya tîrêjek grafîtê ya safî (% 99,997) bi çarçoweya 2.0 mm li ser substratek Ag (750) ku di germahiya ~ 111 A û voltaja bilezkirinê ya ~ 1.6 kV de heya 2 °C hatî germ kirin hate mezin kirin. , ku herikîna emîsyonê ya ~ 70 mA û herikîna karbonê ~ 40 nA dide. Zexta di odeyê de 1 x 10-9 millibar bû.
Borofen bi evaporkirina tîrêjê elektronîk a rodikek boronê ya pak (99,9999%) li ser grafene ya binîqateya li ser Ag (400) ku di 500-111 °C de tê germ kirin hate mezin kirin. Herika fîlamentê ~ 1.5 A bû û voltaja lezkirinê 1.75 kV bû, ku herikîna belavbûnê ya ~ 34 mA û herikîna boronê ya ~ 10 nA dide. Zexta di odeyê de di dema mezinbûna borofen de bi qasî 2 x 10-10 millibar bû.
Encamên lêkolînê
Wêne #1
Di wêneyê de 1 tê xuyang kirin STM* wêneyek grafenê ya mezinbûyî, ku qadên grafene bi karanîna nexşeyek çêtirîn têne xuyang kirin dI/dV (1B), li ku I и V nihaya tunelkirinê û jicîhûwarkirina nimûneyê ne, û d - density.
STM* - mîkroskopa tunekirinê ya şopandinê.
dI/dV nexşeyên nimûneyê hişt ku em li gorî substrata Ag (111) zencîreyek herêmî ya grafene bilindtir bibînin. Li gorî lêkolînên berê, rewşa rûbera Ag (111) xwedan taybetmendiyek gavê ye, ku ji hêla enerjiyên erênî ve hatî veguheztin. dI/dV spektora grafene (1С), ku tîrêjiya herêmî ya bilind a dewletên grafene li ser rave dike 1B li 0.3 eV.
Di wêneyê de 1D em dikarin avahiya graphene yek-layer bibînin, ku lat hingiv û moiré superstructure *.
Serperiştiya * - Taybetmendiyek avahiyek pêkhateyek krîstal ku di navberek diyarkirî de dubare dibe û bi vî rengî avahiyek nû bi heyamek veguheztinê ya cûda diafirîne.
Moire* - serpêhatiya du qalibên tevna periyodîk li ser hev.
Di germahiyên kêmtir de, mezinbûn dibe sedema avakirina domên grafene yên dendrîtîk û xelet. Ji ber danûstendinên qels ên di navbera grafene û substrata bingehîn de, hevrêziya zivirî ya grafene bi rêzgirtina Ag (111) ya bingehîn ne yekta ye.
Piştî hilweşandina boron, mîkroskopiya tunekirinê ya şopandinê (1E) hebûna tevliheviya domên borofen û grafene nîşan da. Her weha di wêneyê de deverên di hundurê grafenê de têne xuyang kirin, ku paşê wekî grafene ku bi borofenê ve girêdayî ye hatine nas kirin (di wêneyê de tê destnîşan kirin Gr/B). Hêmanên xêz ên ku li sê alîyan hatine arastekirin û bi goşeyek 120° ji hev hatine veqetandin jî li vê deverê bi zelalî têne xuyang kirin (tîrên zer).
Wêne #2
Wêne li ser 2wek 1E, xuyabûna depresyonên tarî yên herêmî yên di grafene de piştî hilweşandina boron piştrast bikin.
Ji bo ku ev pêkhate baştir werin lêkolînkirin û eslê wan were zanîn, wêneyekî din ji heman herêmê hatiye kişandin, lê bi nexşeyên |dln.I/dz| (2B), ku I - niha tunelê, d density e, û z - veqetandina sondaj-nimûneyê (valahiya di navbera derziya mîkroskopê û nimûneyê de). Bikaranîna vê teknîkê îmkana bidestxistina wêneyan bi vesazkirina cîhêkî bilind dike. Ji bo vê yekê hûn dikarin CO an H2 li ser derziya mîkroskopê jî bikar bînin.
Image Image 2С wêneyek e ku bi karanîna STM-ya ku serê wê bi CO-yê hatî pêçandî hatî wergirtin. Berawirdkirina wêneyan А, В и С nîşan dide ku hemî hêmanên atomê wekî sê hexagonên ronî yên cîran têne destnîşan kirin ku di du rêgezên neyekhev de têne rêve kirin (di wêneyan de sêgoşeyên sor û zer).
Wêneyên mezinkirî yên vê deverê (2D) piştrast bikin ku ev hêman bi nepaqijiyên dopantê yên boron re lihevhatî ne, ku du binerdeyên grafene dagir dikin, wekî ku ji hêla strukturên serpêhatî ve têne destnîşan kirin.
Dorpêça CO ya derziya mîkroskopê îmkana eşkerekirina avahiya geometrîkî ya pelê borofenê (2E), ya ku ger derzî standard (metal) bêyî pêlava CO-yê ne gengaz be.
Wêne #3
Di navbera borofen û grafene de pêkhatina heteroînterfatên alîgir (3) divê gava ku borofen li kêleka qadên grafene ku berê bor dihewîne mezin dibe.
Zanyar bi bîr tînin ku heteronavberên alîgir ên ku li ser bingeha grafen-hBN (grafene + nîtrîd boron) xwedan hevrêziya tîrêjê ne, û heterojunctionên ku li ser bingeha dîkalkojenîdên metalê yên veguhêz têne çêkirin xwedan hevrêziya simetrî ne. Di mijara grafen/borofenê de, rewş hinekî cûda ye - di warê domdarên tîrêjê an simetrîya krîstal de wekheviya wan a herî hindik heye. Lêbelê, tevî vê yekê, heteronavbera grafenê/borofenê ya alîgir hema hema hemahengiya atomê ya bêkêmasî nîşan dide, digel rêgezên rêza boron (B-rêz) ku bi rêgezên zigzag (ZZ) yên grafene re hevaheng in.3). Li 3B wêneyek mezinkirî ya devera ZZ ya heterointerface tê destnîşan kirin (xêzên şîn hêmanên navrûyê yên ku bi girêdanên kovalentî yên boron-karbonê re têkildar in destnîşan dikin).
Ji ber ku borofen li gorî grafenê di germahiyek kêmtir de mezin dibe, dema ku bi borofen re heterointerface çêdikin, tixûbên qada grafenê ne mimkûn e ku xwedan tevgerek bilind bin. Ji ber vê yekê, heterointerface hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hema hebe. Spektroskopiya tunekirina tunekirinê (3С) û gihandina tunelê ya cuda (3D) nîşan dide ku veguheztina elektronîkî ji grafene berbi borofenê li ser dûrahiyek ~ 5 Å bêyî dewletên navberê yên xuya dibe.
Di wêneyê de 3E Sê spektroskopiya tunekirina tunekirinê ya şopandinê li ser sê xetên şikestî yên di 3D-ê de hatine girtin têne destnîşan kirin, ku piştrast dikin ku ev veguheztina elektronîkî ya kurt ji strukturên navrûya herêmî re nehesas e û bi ya di navberên borofen-zîv re tê berhev kirin.
Wêne #4
Graphene navberkirin* di heman demê de berê bi berfirehî hate lêkolîn kirin, lê veguheztina intercalants li pelên 2D-ya rastîn bi kêmasî ye.
Têkilî * - tevlêbûna vegerî ya molekulek an komek molekulan di navbera molekulên din an komên molekulan de.
Radyoya atomê ya piçûk a bor û pêwendiya qels a di navbera grafen û Ag(111) de têkiliyek gengaz a grafenê bi boron re destnîşan dike. Di wêneyê de 4 delîl ne tenê di navhevkirina boron de, lê di heman demê de avakirina heterostrukturên borofen-grafene yên vertîkal, nemaze qadên sêgoşe yên ku bi grafenê ve hatine dorpêç kirin, têne pêşkêş kirin. Tewra hingiv a ku li ser vê qada sêgoşe tê dîtin hebûna grafene piştrast dike. Lêbelê, ev grafene li gorî grafên derdorê di -50 meV de dendika herêmî kêmtir nîşan dide (4B). Li gorî grafene rasterast li ser Ag (111), ti delîl li ser tîrêjek herêmî ya bilind a dewletan di spektrumê de tune. dI/dV (4C, kevroşka şîn), ku bi rewşa rûbera Ag(111) re têkildar e, yekem delîla têkelbûna boron e.
Di heman demê de, wekî ku ji bo tevhevkirina qismî tê hêvîkirin, tîrêjê grafene li seranserê navbera paşîn a di navbera grafen û devera sêgoşe de berdewam dimîne (4D - li ser deverek çargoşe re têkildar e 4, di xeta xalîçeya sor de hatiye dorpêçkirin). Wêneyek ku CO-yê li ser derziyek mîkroskopê bikar tîne jî hebûna nepakiyên cîhgiriya boron piştrast kir (4E - li ser deverek çargoşe re têkildar e 4, di xêza xalîçeya zer de hatiye dorpêçkirin).
Di dema analîzê de derziyên mîkroskopê yên bê paldan jî hatin bikar anîn. Di vê rewşê de, nîşanên hêmanên xêzikî yên yek-alî yên bi perîyodîkbûna 5 Å di qadên grafene yên têkel de hatin eşkere kirin (4F и 4G). Ev avahiyên yek-alî di modela borofenê de dişibin rêzên boronê. Ji bilî komek xalên ku bi grafene re têkildar in, Fourier wêneyê vediguherîne 4G cotek xalên ortogonal ên ku bi torgilokek çargoşeyî 3 Å x 5 Å re têkildar nîşan dide (4H), ku bi modela boropene re lihevhatinek hêja ye. Digel vê yekê, arasteya sêalî ya rêza hêmanên xêzkirî (1E) bi heman avahiyek serdest a ku ji bo pelên borofenê tê dîtin baş dipejirîne.
Hemî van çavdêriyan bi tundî tevlêbûna grafenê ji hêla borofenê ve li nêzikî peravên Ag, ku di encamê de rê li ber avakirina heterostrukturên borofen-grafen ên vertîkal vedike, ku bi zêdekirina vegirtina destpêkê ya grafene dikare bi avantaj were fêm kirin.
4I temsîla şematîkî ya heterostructure vertical li ser e 4H, cihê ku arastekirina rêza boronê (tîra pembe) ji nêz ve bi arasteka zigzagê ya grafene (tîra reş) ve tê hevûdu, bi vî rengî heterostrukturek vertîkal a rêjeyî ya zivirî pêk tîne.
Ji bo têgihîştina hûrgulî ya hûrgelên lêkolînê, ez pêşniyar dikim ku li ser çavan bigerim и ji wî re.
Încîlê
Vê lêkolînê destnîşan kir ku borofen bi grafenê re heterostrukturên paşîn û vertîkal çêdike. Pergalên bi vî rengî dikarin di pêşkeftina celebên nû yên hêmanên du-alî yên ku di nanoteknolojiyê de, elektronîkên maqûl û guhezbar, û her weha celebên nû yên nîvconductor de têne bikar anîn de werin bikar anîn.
Lekolînwan bixwe bawer dikin ku pêşkeftina wan dikare ji bo teknolojiyên têkildar ên elektronîkî bertekek hêzdar be. Lêbelê, hîn jî dijwar e ku meriv bi teqez bibêje ku dê gotinên wan bibin pêxemberî. Di vê demê de, hîn gelek tişt hene ku bêne lêkolîn kirin, fêm kirin û îcad kirin da ku ew ramanên zanistî yên ku hişê zanyaran tije dikin bibin rastiyek tam.
Spas ji bo xwendinê, meraq bimînin û hefteyek xweş hebe heval. 🙂
Spas ji bo ku hûn bi me re bimînin. Ma hûn ji gotarên me hez dikin? Ma hûn dixwazin naveroka balkêştir bibînin? Piştgiriya me bikin bi danîna fermanek an pêşniyarkirina hevalan, 30% erzanî ji bo bikarhênerên Habr li ser analogek bêhempa ya pêşkêşkerên asta têketinê, ku ji hêla me ve ji bo we hatî vedîtin: (bi RAID1 û RAID10, heta 24 core û heya 40 GB DDR4 peyda dibe).
Dell R730xd 2 car erzantir? Tenê li vir li Hollanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ji $99! Li ser bixwînin
Source: www.habr.com