“Il-mutazzjoni hija ċ-ċavetta biex tiżvela l-misteru tal-evoluzzjoni. It-triq tal-iżvilupp mill-aktar organiżmu sempliċi għall-ispeċi bijoloġika dominanti ddum eluf ta 'snin. Iżda kull mitt elf sena hemm qabża qawwija 'l quddiem fl-evoluzzjoni” (Charles Xavier, X-Men, 2000). Jekk inwarrbu l-elementi kollha tax-xjenza fittizju preżenti fil-komiks u l-films, allura l-kliem tal-Professur X huwa pjuttost veru. L-iżvilupp ta 'xi ħaġa jipproċedi b'mod ugwali ħafna mill-ħin, iżda xi drabi jkun hemm qabżiet li għandhom impatt kbir fuq il-proċess kollu. Dan japplika mhux biss għall-evoluzzjoni tal-ispeċi, iżda wkoll għall-evoluzzjoni tat-teknoloġija, li l-mutur ewlieni tagħha huwa n-nies, ir-riċerka u l-invenzjonijiet tagħhom. Illum se nkunu familjari ma’ studju li, skont l-awturi tiegħu, huwa qabża evoluzzjonarja reali fin-nanoteknoloġija. Kif irnexxielhom ix-xjentisti mill-Università tal-Northwestern (l-Istati Uniti) joħolqu eterostruttura bidimensjonali ġdida, għaliex intgħażlu l-grafene u l-borofene bħala l-bażi, u liema proprjetajiet jista 'jkollha sistema bħal din? Ir-rapport tal-grupp tar-riċerka se jgħidilna dwar dan. Mur.
Bażi tar-riċerka
Smajna t-terminu "grafene" ħafna drabi; hija modifika bidimensjonali tal-karbonju, li tikkonsisti f'saff ta 'atomi tal-karbonju ħxuna ta' atomu wieħed. Iżda "borofen" huwa estremament rari. Dan it-terminu jirreferi għal kristall bidimensjonali li jikkonsisti biss minn atomi tal-boron (B). Il-possibbiltà tal-eżistenza ta 'borophene kienet mbassra għall-ewwel darba lura f'nofs is-snin 1, iżda fil-prattika din l-istruttura nkisbet biss sa l-90.
L-istruttura atomika ta 'borophene tikkonsisti f'elementi trijangolari u eżagonali u hija konsegwenza ta' l-interazzjoni bejn bonds fil-pjan b'żewġ ċentri u b'ħafna ċentri, li hija tipika ħafna għal elementi defiċjenti ta 'elettroni, li jinkludu boron.
*B'rabtiet b'żewġ ċentri u b'ħafna ċentri nifhmu bonds kimiċi - interazzjonijiet ta 'atomi li jikkaratterizzaw l-istabbiltà ta' molekula jew kristall bħala struttura waħda. Pereżempju, rabta b'żewġ ċentri ta 'żewġ elettroni iseħħ meta 2 atomi jaqsmu 2 elettroni, u rabta ta' żewġ ċentri ta 'tliet elettroni iseħħ meta 2 atomi u 3 elettroni, eċċ.
Mil-lat fiżiku, il-borophene jista 'jkun aktar b'saħħtu u aktar flessibbli mill-graphene. Huwa maħsub ukoll li l-istrutturi tal-borophene jistgħu jkunu komplement effettiv għall-batteriji, peress li l-borophene għandu kapaċità speċifika għolja u proprjetajiet uniċi ta 'konduttività elettronika u trasport tal-joni. Madankollu, bħalissa din hija biss teorija.
Li tkun element trivalenti*, il-boron għandu mill-inqas 10 allotropi*. F'forma bidimensjonali, simili polimorfiżmu* hija osservata wkoll.
Element trivalenti* kapaċi jifforma tliet rabtiet kovalenti, li l-valenza tagħhom hija tlieta.
Allotropija* - meta element kimiku wieħed jista' jiġi ppreżentat fil-forma ta' żewġ sustanzi sempliċi jew aktar. Bħala eżempju, karbonju - djamant, graphene, grafita, nanotubi tal-karbonju, eċċ.
Polimorfiżmu* - il-kapaċità ta' sustanza li teżisti fi strutturi differenti tal-kristall (modifiki polimorfiċi). Fil-każ ta' sustanzi sempliċi, dan it-terminu huwa sinonimu ma' allotropija.
Minħabba dan il-polimorfiżmu wiesa ', huwa ssuġġerit li borophene jista' jkun kandidat eċċellenti għall-ħolqien ta 'eterostrutturi bidimensjonali ġodda, peress li konfigurazzjonijiet differenti ta' twaħħil tal-boron għandhom jirrilassaw ir-rekwiżiti ta 'tqabbil tal-kannizzata. Sfortunatament, din il-kwistjoni qabel kienet studjata esklussivament fil-livell teoretiku minħabba diffikultajiet fis-sintesi.
Għal materjali 2D konvenzjonali miksuba minn kristalli f'saffi bl-ingrossa, eterostrutturi vertikali jistgħu jiġu realizzati bl-użu ta 'stacking mekkaniku. Min-naħa l-oħra, eterostrutturi laterali bidimensjonali huma bbażati fuq sinteżi minn isfel għal fuq. Eterostrutturi laterali atomikament preċiżi għandhom potenzjal kbir biex isolvu problemi ta 'kontroll funzjonali tal-eterojunction, madankollu, minħabba t-twaħħil kovalenti, it-tqabbil tal-kannizzata imperfetta tipikament jirriżulta f'interfaces wesgħin u diżordinati. Għalhekk, hemm potenzjal, iżda hemm ukoll problemi biex tirrealizzah.
F'dan ix-xogħol, ir-riċerkaturi rnexxielhom jintegraw borophene u graphene f'eterostruttura waħda bidimensjonali. Minkejja d-diskrepanza tal-kannizzata kristallografika u s-simetrija bejn borophene u graphene, id-depożizzjoni sekwenzjali tal-karbonju u l-boron fuq sottostrat Ag(111) taħt vakwu ultra-għoli (UHV) tirriżulta f’eterointerfaces laterali kważi atomikament preċiżi b’allinjamenti ta’ kannizzata mbassra, kif ukoll eterointerfaces vertikali .
Preparazzjoni għall-Istudju
Qabel ma tistudja l-eterostruttura, kellha tiġi fabbrikata. It-tkabbir tal-graphene u l-borophene sar f'kamra tal-vakwu ultra-għolja bi pressjoni ta '1x10-10 millibars.
Is-sottostrat tal-kristall wieħed Ag(111) ġie mnaddaf b'ċikli ripetuti ta' Ar+ sputtering (1 x 10-5 millibar, 800 eV, 30 minuta) u ittemprar termali (550 °C, 45 minuta) biex jinkiseb Ag( atomikament nadif u ċatt). 111) wiċċ. .
Graphene tkabbar bl-evaporazzjoni tar-raġġ ta 'elettroni ta' virga tal-grafita pura (99,997%) b'dijametru ta '2.0 mm fuq substrat Ag (750) imsaħħan sa 111 °C f'kurrent ta' tisħin ta '~ 1.6 A u vultaġġ ta' aċċelerazzjoni ta '~ 2 kV , li jagħti kurrent ta 'emissjoni ta' ~ 70 mA u fluss tal-karbonju ~ 40 nA. Il-pressjoni fil-kamra kienet 1 x 10-9 millibars.
Borophene tkabbar permezz ta 'evaporazzjoni tar-raġġ ta' elettroni ta 'virga tal-boron pur (99,9999%) fuq graphene submonolayer fuq Ag (400) imsaħħan għal 500-111 °C. Il-kurrent tal-filament kien ~ 1.5 A u l-vultaġġ ta 'aċċellerazzjoni kien 1.75 kV, li jagħti kurrent ta' emissjoni ta '~ 34 mA u fluss tal-boron ta' ~ 10 nA. Il-pressjoni fil-kamra matul it-tkabbir tal-borophene kienet bejn wieħed u ieħor 2 x 10-10 millibars.
Riżultati tar-riċerka
Immaġni #1
Fl-immaġini 1 murija STM* stampa ta' grafen imkabbar, fejn id-dominji tal-grafin jiġu viżwalizzati bl-aħjar mod permezz ta' mappa dI/dV (1V), fejn I и V huma l-kurrent tal-mini u l-ispostament tal-kampjun, u d — id-densità.
STM* — mikroskopju tal-iskannjar tal-mini.
dI/dV mapep tal-kampjun ippermettewna naraw densità lokali ogħla ta 'stati ta' graphene meta mqabbla mas-sottostrat Ag(111). Skont studji preċedenti, l-istat tal-wiċċ ta’ Ag (111) għandu karatteristika ta’ pass, imċaqlaq lejn enerġiji pożittivi billi dI/dV spettru tal-grafen (1S), li jispjega d-densità lokali ogħla ta 'stati ta' graphene fuq 1V f'0.3 eV.
Fl-immaġini 1D nistgħu naraw l-istruttura ta 'saff wieħed graphene, fejn il-kannizzata tax-xehda u sovrastruttura moiré*.
Soprastruttura* - karatteristika ta 'l-istruttura ta' kompost kristallin li tirrepeti f'ċertu intervall u b'hekk toħloq struttura ġdida b'perjodu ta 'alternazzjoni differenti.
Moire* - superpożizzjoni ta' żewġ mudelli ta' malji perjodiċi fuq xulxin.
F'temperaturi aktar baxxi, it-tkabbir iwassal għall-formazzjoni ta 'dominji dendritiċi u difettużi tal-grafene. Minħabba interazzjonijiet dgħajfa bejn graphene u s-sottostrat sottostanti, l-allinjament rotazzjonali tal-graphene fir-rigward tal-Ag(111) sottostanti mhuwiex uniku.
Wara d-depożizzjoni tal-boron, mikroskopija tal-iskannjar tal-mini (1E) wera l-preżenza ta 'kombinazzjoni ta' dominji ta 'borophene u graphene. Viżibbli wkoll fl-immaġini huma reġjuni ġewwa l-grafin, li aktar tard ġew identifikati bħala grafen interkalati mal-borofen (indikat fl-immaġni Gr/B). Elementi lineari orjentati fi tliet direzzjonijiet u separati b'angolu ta' 120° huma wkoll viżibbli b'mod ċar f'din iż-żona (vleġeġ sofor).
Immaġni #2
Ritratt fuq 2kif 1E, tikkonferma d-dehra ta 'depressjonijiet skuri lokalizzati fil-grafen wara d-depożizzjoni tal-boron.
Sabiex dawn il-formazzjonijiet jiġu eżaminati aħjar u ssir taf l-oriġini tagħhom, ittieħed ritratt ieħor tal-istess żona, iżda bl-użu ta’ mapep |dlnI/dz| (2B), fejn I — kurrent tal-mina, d hija d-densità, u z — separazzjoni sonda-kampjun (id-distakk bejn il-labra tal-mikroskopju u l-kampjun). L-użu ta 'din it-teknika jagħmilha possibbli li jinkisbu immaġini b'riżoluzzjoni spazjali għolja. Tista 'wkoll tuża CO jew H2 fuq il-labra tal-mikroskopju għal dan.
Изображение 2S hija immaġni miksuba bl-użu ta’ STM li t-tarf tiegħu kien miksi b’CO. Tqabbil ta 'immaġini А, В и С turi li l-elementi atomiċi kollha huma definiti bħala tliet ħeksagoni qawwi ħdejn xulxin diretti f'żewġ direzzjonijiet mhux ekwivalenti (trijangoli ħomor u isfar fir-ritratti).
Immaġini mkabbra ta' din iż-żona (2D) jikkonfermaw li dawn l-elementi jaqblu mal-impuritajiet tad-dopant tal-boron, li jokkupaw żewġ sublattices tal-grafene, kif indikat mill-istrutturi sovraposti.
Il-kisi tas-CO tal-labra tal-mikroskopju għamilha possibbli li tiġi żvelata l-istruttura ġeometrika tal-folja tal-borophene (2E), li jkun impossibbli kieku l-labra kienet standard (metall) mingħajr kisja tas-CO.
Immaġni #3
Formazzjoni ta' eterointerfaces laterali bejn borophene u graphene (3) għandu jseħħ meta l-borophene jikber ħdejn oqsma tal-grafene li diġà fihom il-boron.
Ix-xjentisti jfakkru li l-eterointerfaces laterali bbażati fuq graphene-hBN (graphene + nitrur tal-boron) għandhom konsistenza tal-kannizzata, u eterojunctions ibbażati fuq dichalcogenides tal-metall ta 'transizzjoni għandhom konsistenza ta' simetrija. Fil-każ tal-graphene/borophene, is-sitwazzjoni hija kemmxejn differenti - għandhom xebh strutturali minimu f'termini ta 'kostanti tal-kannizzata jew simetrija tal-kristall. Madankollu, minkejja dan, l-eterointerface laterali graphene/borophene juri konsistenza atomika kważi perfetta, bid-direzzjonijiet tal-filliera tal-boron (filliera B) allinjati mad-direzzjonijiet taż-żigżag (ZZ) tal-grafene (3). Fuq 3V tidher immaġni eżaltata tar-reġjun ZZ tal-eterointerface (linji blu jindikaw elementi interfacial li jikkorrispondu għal bonds kovalenti boron-karbonju).
Peress li l-borophene jikber f'temperatura aktar baxxa meta mqabbel mal-graphene, it-truf tad-dominju tal-grafene x'aktarx li ma jkollhomx mobilità għolja meta jiffurmaw heterointerface mal-borophene. Għalhekk, l-eterointerface kważi atomikament preċiż huwa x'aktarx riżultat ta 'konfigurazzjonijiet u karatteristiċi differenti ta' bonds tal-boron multisite. Spettri ta' spettroskopija tal-iskannjar tal-mini (3S) u konduttività differenzjali tal-mina (3D) juru li t-tranżizzjoni elettronika minn graphene għal borophene sseħħ fuq distanza ta '~5 Å mingħajr stati interface viżibbli.
Fl-immaġini 3E Huma murija tliet spettri ta 'skannjar ta' spettroskopija ta 'tunning meħuda tul it-tliet linji dashed fit-3D, li jikkonfermaw li din it-tranżizzjoni elettronika qasira hija insensittiva għal strutturi interfacial lokali u hija komparabbli ma' dik f'interfaces borophene-fidda.
Immaġni #4
Grafene interkalazzjoni* ġie wkoll studjat ħafna qabel, iżda l-konverżjoni ta 'interkalanti f'folji 2D veri hija relattivament rari.
Interkalazzjoni* - inklużjoni riversibbli ta' molekula jew grupp ta' molekuli bejn molekuli jew gruppi ta' molekuli oħra.
Ir-raġġ atomiku żgħir tal-boron u l-interazzjoni dgħajfa bejn graphene u Ag(111) jissuġġerixxu interkalazzjoni possibbli tal-graphene mal-boron. Fl-immaġini 4 evidenza hija ppreżentata mhux biss ta 'l-interkalazzjoni tal-boron, iżda wkoll tal-formazzjoni ta' eterostrutturi vertikali ta 'borophene-graphene, speċjalment oqsma trijangolari mdawra minn graphene. Il-kannizzata tax-xehda osservata fuq dan id-dominju trijangolari tikkonferma l-preżenza tal-grafene. Madankollu, dan il-graffen juri densità lokali aktar baxxa ta 'stati f'-50 meV meta mqabbel mal-grafene tal-madwar (4V). Meta mqabbel mal-grafene direttament fuq Ag(111), m'hemm l-ebda evidenza ta 'densità lokali għolja ta' stati fl-ispettru dI/dV (4C, kurva blu), li tikkorrispondi għall-istat tal-wiċċ Ag(111), hija l-ewwel evidenza ta 'interkalazzjoni tal-boron.
Ukoll, kif mistenni għal interkalazzjoni parzjali, il-kannizzata tal-grafene tibqa' kontinwa matul l-interface laterali bejn il-grafen u r-reġjun trijangolari (4D - jikkorrispondi għal żona rettangolari fuq 4, imdawwar b'linja ħamra bit-tikek). Immaġini li tuża CO fuq labra tal-mikroskopju kkonfermat ukoll il-preżenza ta' impuritajiet ta' sostituzzjoni tal-boron (4E - jikkorrispondi għal żona rettangolari fuq 4, imdawwar b'linja bit-tikek isfar).
Matul l-analiżi ntużaw ukoll labar tal-mikroskopju mingħajr ebda kisja. F'dan il-każ, ġew żvelati sinjali ta 'elementi lineari ta' dimensjoni waħda b'perjodiċità ta '5 Å fid-dominji tal-grafene interkalati (4F и 4G). Dawn l-istrutturi unidimensjonali jixbħu r-ringieli tal-boron fil-mudell tal-borophene. Minbarra s-sett ta 'punti li jikkorrispondu għal graphene, it-trasformazzjoni ta' Fourier ta 'l-immaġni fi 4G juri par ta' punti ortogonali li jikkorrispondu għal kannizzata rettangolari ta' 3 Å x 5 Å (4H), li huwa fi qbil eċċellenti mal-mudell tal-borophene. Barra minn hekk, l-orjentazzjoni trippla osservata tal-firxa ta 'elementi lineari (1E) jaqbel sew mal-istess struttura predominanti osservata għall-folji tal-borophene.
Dawn l-osservazzjonijiet kollha jissuġġerixxu bil-qawwa l-interkalazzjoni tal-grafene minn borofene ħdejn it-truf ta 'Ag, li konsegwentement iwassal għall-formazzjoni ta' eterostrutturi vertikali ta 'borophene-graphene, li jistgħu jiġu realizzati b'mod vantaġġuż billi tiżdied il-kopertura inizjali tal-grafene.
4I hija rappreżentazzjoni skematika ta 'eterostruttura vertikali fuq 4H, fejn id-direzzjoni tar-ringiela tal-boron (vleġġa roża) hija allinjata mill-qrib mad-direzzjoni taż-żigżag tal-grafene (vleġġa sewda), u b'hekk tifforma eterostruttura vertikali proporzjonali b'rotazzjoni.
Għal familjarità aktar dettaljata mal-sfumaturi tal-istudju, nirrakkomanda li tħares lejn и lilu.
Epilogue
Dan l-istudju wera li l-borophene huwa pjuttost kapaċi jifforma eterostrutturi laterali u vertikali bil-grafene. Sistemi bħal dawn jistgħu jintużaw fl-iżvilupp ta 'tipi ġodda ta' elementi bidimensjonali użati fin-nanoteknoloġija, elettronika flessibbli u li jintlibes, kif ukoll tipi ġodda ta 'semikondutturi.
Ir-riċerkaturi nfushom jemmnu li l-iżvilupp tagħhom jista 'jkun spinta qawwija 'l quddiem għal teknoloġiji relatati mal-elettronika. Madankollu, għadu diffiċli li wieħed jgħid żgur li kliemhom se jsir profetiku. Bħalissa, għad fadal ħafna x’jiġi riċerkat, mifhum u ivvintat biex dawk l-ideat tal-fantaxjenza li jimlew l-imħuħ tax-xjenzati jsiru realtà sħiħa.
Grazzi talli qrajt, ibqgħu kurjużi u jkollhom ġimgħa mill-aqwa guys. 🙂
Grazzi talli bqajt magħna. Tħobb l-artikoli tagħna? Trid tara aktar kontenut interessanti? Appoġġuna billi tagħmel ordni jew tirrakkomanda lill-ħbieb, Roħs ta' 30% għall-utenti ta' Habr fuq analogu uniku ta' servers ta' livell ta' dħul, li ġie ivvintat minna għalik: (disponibbli b'RAID1 u RAID10, sa 24 core u sa 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 darbiet orħos? Hawn biss fl-Olanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - minn $99! Aqra dwar
Sors: www.habr.com