{"id":39036,"date":"2019-10-31T22:27:30","date_gmt":"2019-10-31T19:27:30","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/dvumernyj-duet-sozdanie-borofen-grafenovyh-geterostruktur\/"},"modified":"2019-10-31T22:27:30","modified_gmt":"2019-10-31T19:27:30","slug":"dvumernyj-duet-sozdanie-borofen-grafenovyh-geterostruktur","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/pt\/blog\/news\/dvumernyj-duet-sozdanie-borofen-grafenovyh-geterostruktur","title":{"rendered":"Dueto bidimensional: cria\u00e7\u00e3o de heteroestruturas de borofeno-grafeno","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Dueto
\n
\nA muta\u00e7\u00e3o \u00e9 a chave para desvendar o mist\u00e9rio da evolu\u00e7\u00e3o. O caminho de desenvolvimento de um organismo simples at\u00e9 a esp\u00e9cie biol\u00f3gica dominante leva milhares de anos. Mas a cada cem mil anos, ocorre um salto significativo na evolu\u00e7\u00e3o\" (Charles Xavier, X-Men, 2000). Se deixarmos de lado todos os elementos de fic\u00e7\u00e3o cient\u00edfica presentes em quadrinhos e filmes, as palavras do Professor X s\u00e3o bastante verdadeiras. O desenvolvimento de qualquer coisa progride de maneira uniforme durante a maior parte do tempo, mas, por vezes, surgem saltos que t\u00eam um impacto enorme em todo o processo. Isso \u00e9 aplic\u00e1vel n\u00e3o apenas \u00e0 evolu\u00e7\u00e3o das esp\u00e9cies, mas tamb\u00e9m \u00e0 evolu\u00e7\u00e3o das tecnologias, cujo principal motor s\u00e3o as pessoas, suas pesquisas e inven\u00e7\u00f5es. Hoje, vamos conhecer um estudo que, segundo seus autores, representa um verdadeiro salto evolutivo nas nanotecnologias. Como os cientistas da Universidade Northwestern (EUA) conseguiram criar uma nova heteroestrutura bidimensional, por que foram escolhidos o grafeno e o borofeno como base, e que propriedades tal sistema pode ter? Isso nos contar\u00e1 a apresenta\u00e7\u00e3o do grupo de pesquisa. Vamos l\u00e1.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Base da pesquisa<\/h3>\n

\nO termo \"grafeno\" j\u00e1 ouvimos muitas vezes \u2014 \u00e9 uma modifica\u00e7\u00e3o bidimensional do carbono, composta por uma camada de \u00e1tomos de carbono com espessura de 1 \u00e1tomo. J\u00e1 o \"borofeno\" aparece extremamente raro. Este termo designa um cristal bidimensional composto exclusivamente de \u00e1tomos de boro (B). A possibilidade da exist\u00eancia do borofeno foi prevista pela primeira vez em meados da d\u00e9cada de 90, mas na pr\u00e1tica, essa estrutura s\u00f3 p\u00f4de ser obtida em 2015. <\/p>\n

A estrutura at\u00f4mica do borofeno \u00e9 composta por elementos triangulares e hexagonais e \u00e9 resultado da intera\u00e7\u00e3o entre liga\u00e7\u00f5es intraplano de dois e m\u00faltiplos centros, o que \u00e9 bastante caracter\u00edstico para elementos com d\u00e9ficit de el\u00e9trons, como o boro.<\/p>\n

*<\/b>Liga\u00e7\u00e3o de dois e m\u00faltiplos centros refere-se a liga\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas \u2014 intera\u00e7\u00f5es entre \u00e1tomos que caracterizam a estabilidade de uma mol\u00e9cula ou cristal como uma estrutura \u00fanica. Por exemplo, uma liga\u00e7\u00e3o de dois centros e dois el\u00e9trons ocorre quando 2 \u00e1tomos compartilham 2 el\u00e9trons, enquanto uma liga\u00e7\u00e3o de dois centros e tr\u00eas el\u00e9trons envolve 2 \u00e1tomos e 3 el\u00e9trons, e assim por diante.<\/p><\/blockquote>\n

Do ponto de vista f\u00edsico, o borofeno pode ser mais resistente e flex\u00edvel em compara\u00e7\u00e3o ao grafeno. Al\u00e9m disso, considera-se que as estruturas de borofeno podem ser um complemento eficaz para baterias, uma vez que o borofeno possui alta capacidade espec\u00edfica e propriedades \u00fanicas de condutividade eletr\u00f4nica e transporte de \u00edons. No entanto, at\u00e9 o momento, isso \u00e9 apenas uma teoria.<\/p>\n

Sendo um elemento trif\u00e1sico*<\/i>, o boro tem pelo menos 10 al\u00f3tropos*<\/i>. Na forma bidimensional, tal polimorfismo*<\/i> tamb\u00e9m \u00e9 observado. <\/p>\n

O elemento trif\u00e1sico*<\/b> pode formar tr\u00eas liga\u00e7\u00f5es covalentes, com uma val\u00eancia igual a tr\u00eas. <\/p><\/blockquote>\n

Alotropia*<\/b> \u00e9 quando um \u00fanico elemento qu\u00edmico pode ser apresentado na forma de duas ou mais subst\u00e2ncias simples. Como exemplo, o carbono \u2014 diamante, grafeno, grafite, nanotubos de carbono, etc.<\/p><\/blockquote>\n

Polimorfismo*<\/b> \u00e9 a capacidade de uma subst\u00e2ncia existir em diferentes estruturas cristalinas (modifica\u00e7\u00f5es polim\u00f3rficas). No caso de subst\u00e2ncias simples, esse termo \u00e9 sin\u00f4nimo de alotropia. <\/p><\/blockquote>\n

Considerando esse amplo polimorfismo, surge a suposi\u00e7\u00e3o de que o borofeno pode ser um excelente candidato para a cria\u00e7\u00e3o de novas heteroestruturas bidimensionais, uma vez que diferentes configura\u00e7\u00f5es de liga\u00e7\u00f5es de boro devem atenuar as exig\u00eancias de compatibilidade da rede cristalina. Infelizmente, anteriormente, essa quest\u00e3o foi investigada exclusivamente em n\u00edvel te\u00f3rico devido \u00e0s dificuldades na s\u00edntese.<\/p>\n

Para materiais 2D comuns, obtidos a partir de cristais lamelares volumosos, as heteroestruturas verticais podem ser realizadas por meio de empilhamento mec\u00e2nico. Por outro lado, as heteroestruturas laterais bidimensionais s\u00e3o baseadas em s\u00edntese ascendente. Heteroestruturas laterais com precis\u00e3o at\u00f4mica possuem grande potencial para resolver problemas de controle das funcionalidades de transi\u00e7\u00f5es heterog\u00eaneas, no entanto, devido \u00e0 liga\u00e7\u00e3o covalente, uma incompatibilidade imperfeita da rede geralmente resulta em interfaces amplas e desordenadas. Assim, existe potencial, mas tamb\u00e9m h\u00e1 problemas em sua implementa\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Neste trabalho, os pesquisadores conseguiram integrar borofeno e grafeno em uma \u00fanica heteroestrutura bidimensional. Apesar do desvio entre as redes cristalogr\u00e1ficas e simetrias do borofeno e do grafeno, o dep\u00f3sito sequencial de carbono e boro sobre um substrato de Ag(111) em v\u00e1cuo ultra-alto (UHV) resulta em heterointerfaces laterais quase at\u00f4micas com alinhamentos de rede previstos, al\u00e9m de heterointerfaces verticais. <\/p>\n

Prepara\u00e7\u00e3o para o estudo<\/h3>\n

\nAntes do estudo da heteroestrutura, foi necess\u00e1rio fabric\u00e1-la. O crescimento do grafeno e do borofeno ocorreu em uma c\u00e2mara de v\u00e1cuo ultra-alto com press\u00e3o de 1x10-10 milibar.<\/p>\n

O substrato monocristalino de Ag(111) foi limpo atrav\u00e9s de ciclos repetidos de pulveriza\u00e7\u00e3o de Ar+ (1 x 10-5 milibar, energia 800 eV, 30 minutos) e recozimento t\u00e9rmico (550 \u00b0C, 45 minutos) at\u00e9 se obter uma superf\u00edcie de Ag(111) limpa e plana em n\u00edvel at\u00f4mico.<\/p>\n

O crescimento do grafeno foi realizado por meio de evapora\u00e7\u00e3o de feixe eletr\u00f4nico de um bast\u00e3o de grafite puro (99,997%) com di\u00e2metro de 2,0 mm sobre um substrato de Ag(111) aquecido a 750 \u00b0C, com uma corrente de filamento de ~ 1,6 A e tens\u00e3o de acelera\u00e7\u00e3o de ~ 2 kV, resultando em corrente de emiss\u00e3o de ~ 70 mA e fluxo de carbono de ~ 40 nA. A press\u00e3o na c\u00e2mara era de 1 x 10-9 milibar.<\/p>\n

O crescimento do borofeno foi realizado por meio de evapora\u00e7\u00e3o de feixe eletr\u00f4nico de um bast\u00e3o de boro puro (99,9999%) sobre um grafeno submonocamada aquecido a 400-500 \u00b0C sobre Ag(111). A corrente de filamento foi de ~ 1,5 A, e a tens\u00e3o de acelera\u00e7\u00e3o de 1,75 kV, resultando em corrente de emiss\u00e3o de ~ 34 mA e fluxo de boro de ~ 10 nA. A press\u00e3o na c\u00e2mara durante o crescimento do borofeno foi de aproximadamente 2 x 10-10 milibar.<\/p>\n

Resultados da Pesquisa<\/h3>\n

\n\"Dueto
\nImagem n\u00ba 1<\/i><\/p>\n

Na imagem 1A<\/b> mostrado STM*<\/i> imagem do grafeno produzido, onde os dom\u00ednios de grafeno s\u00e3o melhor visualizados por meio do mapa dI<\/i>\/dV<\/i> (1B<\/b>), onde I<\/i> e V<\/i> \u2014 a corrente de tunelamento e o desvio da amostra, e d<\/i> \u2014 a densidade. <\/p>\n

STM*<\/b> \u2014 o microsc\u00f3pio de tunelamento de varredura.<\/p><\/blockquote>\n

dI<\/i>\/dV<\/i> os mapas da amostra permitiram observar uma densidade de estados local mais alta do grafeno em compara\u00e7\u00e3o com o substrato Ag(111). De acordo com estudos anteriores, o estado de superf\u00edcie de Ag(111) mostra uma caracter\u00edstica em degraus, deslocada em dire\u00e7\u00e3o a energias positivas em dI<\/i>\/dV<\/i> espectro do grafeno (1C<\/b>), o que explica a maior densidade local de estados do grafeno em 1B<\/b> em 0,3 eV.<\/p>\n

Na imagem 1D<\/b> podemos ver a estrutura do grafeno monolayer, onde a rede hexagonal \u00e9 claramente vis\u00edvel e superestrutura moir\u00e9*<\/i>.<\/p>\n

Superestrutura* <\/b> \u2014 uma caracter\u00edstica da estrutura de um composto cristalino que se repete a intervalos definidos, criando assim uma nova estrutura com um per\u00edodo alternado diferente. <\/p>\n

Moir\u00e9*<\/b> \u2014 sobreposi\u00e7\u00e3o de dois padr\u00f5es de malha peri\u00f3dicos um sobre o outro.<\/p><\/blockquote>\n

A baixas temperaturas, o crescimento leva \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de dom\u00ednios de grafeno dendr\u00edticos e defeituosos. Devido \u00e0s fracas intera\u00e7\u00f5es entre o grafeno e o substrato subjacente, o alinhamento rotacional do grafeno em rela\u00e7\u00e3o ao subjacente Ag (111) n\u00e3o \u00e9 \u00fanico.<\/p>\n

Ap\u00f3s a deposi\u00e7\u00e3o de boro, a microscopia de tunelamento de varredura (1E<\/b>) mostrou a presen\u00e7a de dom\u00ednios de borofeno e grafeno. Tamb\u00e9m na imagem s\u00e3o vis\u00edveis \u00e1reas dentro do grafeno que posteriormente foram identificadas como grafeno intercalado com borofeno (marcado na imagem Gr\/B<\/b>). Nesta \u00e1rea tamb\u00e9m s\u00e3o bem vis\u00edveis os elementos lineares, orientados em tr\u00eas dire\u00e7\u00f5es e separados por um \u00e2ngulo de 120\u00b0 (setas amarelas).<\/p>\n

\"Dueto
\nImagem n\u00ba 2<\/i><\/p>\n

A imagem em 2A<\/b>, assim como 1E<\/b>, confirma o aparecimento de depress\u00f5es localizadas (depress\u00f5es) no grafeno ap\u00f3s a deposi\u00e7\u00e3o de boro.<\/p>\n

Para melhor visualizar essas forma\u00e7\u00f5es e entender sua origem, foi feita uma nova imagem da mesma \u00e1rea, mas usando gr\u00e1ficos |dlnI<\/i>\/dz| (2\u0412), \u0433\u0434\u0435 I<\/i> \u2014 corrente de tunelamento, d<\/i> \u2014 densidade, e z<\/i> \u2014 separa\u00e7\u00e3o sonda-amostra (espa\u00e7o entre a ponta do microsc\u00f3pio e a amostra). A aplica\u00e7\u00e3o deste m\u00e9todo permite obter imagens com maior resolu\u00e7\u00e3o espacial. Tamb\u00e9m pode ser utilizado CO ou H2 na ponta do microsc\u00f3pio. <\/p>\n

Imagem 2C<\/b> \u00e9 uma imagem obtida com STM, cuja ponta foi revestida com CO. A compara\u00e7\u00e3o das imagens A<\/b>, Em<\/b> e Com<\/b> mostra que todos os elementos at\u00f4micos s\u00e3o identificados como tr\u00eas hex\u00e1gonos brilhantes adjacentes, orientados em duas dire\u00e7\u00f5es n\u00e3o equivalentes (tri\u00e2ngulos vermelhos e amarelos nas imagens). <\/p>\n

Imagens ampliadas desta \u00e1rea (2D<\/b>) confirmam que esses elementos est\u00e3o em conformidade com impurezas de dopagem de boro, ocupando duas sub-rede de grafeno, como indicado pelas estruturas sobrepostas.<\/p>\n

O revestimento de CO na ponta do microsc\u00f3pio permitiu revelar a estrutura geom\u00e9trica da l\u00e2mina de borofeno (2E<\/b>), o que seria imposs\u00edvel se a ponta fosse padr\u00e3o (met\u00e1lica) sem revestimento de CO.<\/p>\n

\"Dueto
\nImagem n\u00ba 3<\/i><\/p>\n

Forma\u00e7\u00e3o de heterointerfaces laterais entre borofeno e grafeno (3A<\/b>) deve ocorrer quando o borofeno cresce ao lado de dom\u00ednios de grafeno, onde j\u00e1 existe boro. <\/p>\n

Os cientistas lembram que heterointerfaces laterais baseadas em grafeno-hBN (grafeno + nitreto de boro) possuem correspond\u00eancia de rede, enquanto heterojun\u00e7\u00f5es baseadas em dissulfetos de metais de transi\u00e7\u00e3o t\u00eam correspond\u00eancia de simetrias. No caso do grafeno\/borofeno, a situa\u00e7\u00e3o \u00e9 um pouco diferente \u2014 eles t\u00eam m\u00ednima semelhan\u00e7a estrutural em termos de constantes de rede ou simetria cristalina. No entanto, apesar disso, a heterointerface lateral grafeno\/borofeno demonstra uma correspond\u00eancia at\u00f4mica praticamente ideal, onde as dire\u00e7\u00f5es da linha de boro (linha B) se alinham com as dire\u00e7\u00f5es zig-zagueantes (ZZ) do grafeno (3A<\/b>). \u00c0 3B<\/b> mostra uma imagem ampliada da \u00e1rea ZZ da heterointerface (as linhas azuis marcam os elementos interfaciais correspondentes \u00e0s liga\u00e7\u00f5es covalentes boro-carbono).<\/p>\n

Uma vez que o crescimento do borofeno ocorre a uma temperatura mais baixa em compara\u00e7\u00e3o ao grafeno, as bordas do dom\u00ednio de grafeno provavelmente n\u00e3o ter\u00e3o alta mobilidade ao formar heterointerfaces com borofeno. Portanto, a heterointerface quase atomicamente precisa \u00e9 provavelmente resultado de diferentes configura\u00e7\u00f5es e caracter\u00edsticas de liga\u00e7\u00f5es centrais m\u00faltiplas de boro. Os espectros de espectroscopia de tunelamento por varredura (3C<\/b>) e condutividade diferencial de tunelamento (3D<\/b>) mostram que a transi\u00e7\u00e3o eletr\u00f4nica do grafeno para o borofeno ocorre a uma dist\u00e2ncia de ~ 5 \u00c5 sem estados vis\u00edveis de interface.<\/p>\n

Na imagem 3E<\/b> mostra tr\u00eas espectros de espectroscopia de tunelamento por varredura, feitos ao longo de tr\u00eas linhas pontilhadas no 3D, que confirmam que esta curta transi\u00e7\u00e3o eletr\u00f4nica \u00e9 insens\u00edvel a estruturas interfaciais locais e \u00e9 compar\u00e1vel \u00e0quela nas fronteiras borofeno-prata. <\/p>\n

\"Dueto
\nImagem n\u00ba 4<\/i><\/p>\n

Intercala\u00e7\u00e3o de grafeno* tamb\u00e9m foi amplamente pesquisada anteriormente, mas a convers\u00e3o de intercalantes em verdadeiras folhas 2D \u00e9 um fen\u00f4meno relativamente raro.<\/i> Intercala\u00e7\u00e3o*<\/p>\n

\u00e9 a inclus\u00e3o revers\u00edvel de uma mol\u00e9cula ou grupo de mol\u00e9culas entre outras mol\u00e9culas ou grupos de mol\u00e9culas.<\/b> \u2014 ativa\u00e7\u00e3o revers\u00edvel de uma mol\u00e9cula ou grupo de mol\u00e9culas entre outras mol\u00e9culas ou grupos de mol\u00e9culas.<\/p><\/blockquote>\n

O pequeno raio at\u00f4mico do boro e a fraca intera\u00e7\u00e3o entre o grafeno e o Ag (111) sugerem uma poss\u00edvel intercalac\u00e3o do grafeno com boro. Na imagem 4A<\/b> est\u00e3o apresentadas evid\u00eancias n\u00e3o apenas da intercalac\u00e3o do boro, mas tamb\u00e9m da forma\u00e7\u00e3o de heteroestruturas verticais boro-grafeno, especialmente dom\u00ednios triangulares circundados por grafeno. A rede celular observada nesse dom\u00ednio triangular confirma a presen\u00e7a de grafeno. No entanto, este grafeno demonstra uma densidade de estados local mais baixa em -50 meV em compara\u00e7\u00e3o com o grafeno circundante (4B<\/b>). Comparado ao grafeno diretamente sobre o Ag (111), a aus\u00eancia de sinais de alta densidade de estados localizados no espectro dI<\/i>\/dV<\/i> (4C<\/b>, a curva azul), correspondente ao estado de superf\u00edcie do Ag (111), \u00e9 a primeira evid\u00eancia da intercalac\u00e3o do boro.<\/p>\n

Como era de se esperar em uma intercalac\u00e3o parcial, a rede de grafeno permanece cont\u00ednua em toda a interface lateral entre o grafeno e a \u00e1rea triangular (4D<\/b> \u2014 corresponde \u00e0 \u00e1rea retangular em 4A<\/b>, contornada por uma linha tracejada vermelha). Uma imagem utilizando uma ponta de microsc\u00f3pio tamb\u00e9m confirmou a presen\u00e7a de impurezas substitucionais de boro (4E<\/b> \u2014 corresponde \u00e0 \u00e1rea retangular em 4A<\/b>, contornada por uma linha tracejada amarela).<\/p>\n

Durante a an\u00e1lise, tamb\u00e9m foram usadas pontas de microsc\u00f3pio sem qualquer revestimento. Nesse caso, foram identificados sinais de elementos lineares unidimensionais com periodicidade de 5 \u00c5 nos dom\u00ednios de grafeno intercalados (4F<\/b> e 4G<\/b>). Essas estruturas unidimensionais lembram linhas de boro no modelo do borofeno. Al\u00e9m do conjunto de pontos correspondentes ao grafeno, a transforma\u00e7\u00e3o de Fourier da imagem em 4G<\/b> mostra um par de pontos ortogonais correspondentes a uma rede retangular de 3 \u00c5 x 5 \u00c5 (4H<\/b>), o que condiz perfeitamente com o modelo do borofeno. Al\u00e9m disso, a orienta\u00e7\u00e3o tripla observada da rede de elementos lineares (1E<\/b>) est\u00e1 bem alinhada com a mesma estrutura predominante observada para folhas de borofeno.<\/p>\n

Todas essas observa\u00e7\u00f5es indicam de forma convincente a intercalac\u00e3o do grafeno com borofeno pr\u00f3ximo \u00e0s bordas do Ag, o que, consequentemente, leva \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de heteroestruturas verticais boro-grafeno, que podem ser predominantemente realizadas aumentando a cobertura inicial de grafeno.<\/p>\n

4I<\/b> \u00e9 uma representa\u00e7\u00e3o esquem\u00e1tica da heteroestrutura vertical em 4H<\/b>, onde a dire\u00e7\u00e3o da fileira de boro (seta rosa) est\u00e1 alinhada pr\u00f3xima \u00e0 dire\u00e7\u00e3o em zigue-zague do grafeno (seta preta), formando assim uma heteroestrutura vertical rotacionalmente correspondente.<\/p>\n

Para um conhecimento mais detalhado sobre as nuances da pesquisa, recomendo dar uma olhada em o relat\u00f3rio dos cientistas<\/a><\/noindex> e materiais adicionais<\/a><\/noindex> para ele.<\/p>\n

Ep\u00edlogo<\/h3>\n

\nEste estudo mostrou que o borofeno \u00e9 capaz de formar heteroestruturas laterais e verticais com grafeno. Sistemas semelhantes podem ser utilizados no desenvolvimento de novos tipos de elementos bidimensionais aplicados em nanotecnologia, eletr\u00f4nica flex\u00edvel e vest\u00edvel, bem como em novos tipos de semicondutores.<\/p>\n

Os pr\u00f3prios pesquisadores acreditam que seu desenvolvimento pode ser um grande impulso para tecnologias relacionadas \u00e0 eletr\u00f4nica. No entanto, \u00e9 dif\u00edcil afirmar que suas palavras se tornar\u00e3o prof\u00e9ticas no momento. H\u00e1 ainda muito a ser pesquisado, compreendido e inventado para que aquelas ideias de fic\u00e7\u00e3o cient\u00edfica, que povoam as mentes dos cientistas, se tornem uma realidade plena.<\/p>\n

Obrigado pela aten\u00e7\u00e3o, continuem curiosos e desejamos a todos uma \u00f3tima semana de trabalho, pessoal. \ud83d\ude42<\/p>\n

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Fonte: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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