"Mutasi mangrupikeun konci pikeun ngabongkar misteri évolusi. Jalur pangwangunan ti organisme pangbasajanna nepi ka spésiés biologis dominan lumangsung rébuan taun. Tapi unggal ratus rébu taun aya kabisat seukeut maju dina évolusi "(Charles Xavier, X-Men, 2000). Upami urang miceun sadaya unsur fiksi ilmiah anu aya dina komik sareng pilem, maka kecap Profesor X leres pisan. Ngembangkeun hiji hal proceeds merata lolobana waktu, tapi kadang aya jumps nu boga dampak badag dina sakabéh prosés. Ieu lumaku teu ukur pikeun évolusi spésiés, tapi ogé pikeun évolusi téhnologi, supir utama nu jalma, panalungtikan sarta penemuan maranéhanana. Dinten ieu kami bakal kenal sareng ulikan anu, numutkeun pangarangna, mangrupikeun kabisat évolusionér nyata dina nanotéhnologi. Kumaha élmuwan ti Northwestern University (AS) junun nyieun heterostructure dua diménsi anyar, naha graphene na borophene dipilih salaku dadasar, sarta naon sipat bisa mibanda sistem misalna? Laporan grup panalungtikan bakal ngabejaan urang ngeunaan ieu. indit.
Dasar panalungtikan
Urang geus ngadéngé istilah "graphene" sababaraha kali; éta modifikasi dua diménsi karbon, diwangun ku lapisan atom karbon kandel 1 atom. Tapi "borofen" jarang pisan. Istilah ieu nujul kana kristal dua diménsi anu diwangun ku atom boron (B). Kamungkinan ayana borophene munggaran diprediksi deui dina pertengahan 90an, tapi dina praktekna struktur ieu dicandak ukur ku 2015.
Struktur atom borophene diwangun ku unsur triangular jeung héksagonal sarta mangrupakeun konsekuensi tina interaksi antara dua-puseur jeung multi-puseur beungkeut dina-pesawat, nu pisan has pikeun elemen éléktron-kakurangan, nu ngawengku boron.
*Beungkeut dua-puseur jeung multiséntral maksudna beungkeut kimia - interaksi atom-atom anu ngacirian stabilitas molekul atawa kristal salaku struktur tunggal. Contona, beungkeut dua-éléktron dua-pusat lumangsung nalika 2 atom babagi 2 éléktron, sarta beungkeut tilu-éléktron dua-puseur lumangsung nalika 2 atom jeung 3 éléktron, jsb.
Tina sudut pandang fisik, borophene tiasa langkung kuat sareng langkung fleksibel tibatan graphene. Hal ieu ogé dipercaya yén struktur borophene bisa jadi hiji pelengkap mujarab pikeun accu sabab borophene boga kapasitas spésifik tinggi jeung konduktivitas éléktronik unik sarta sipat angkutan ion. Sanajan kitu, dina momen ieu ngan teori.
Janten unsur trivalen*, boron boga sahanteuna 10 alotrop*. Dina wangun dua diménsi, sarupa polimorfisme* ogé diperhatikeun.
Unsur trivalen* sanggup ngabentuk tilu beungkeut kovalén, anu valénsina tilu.
Alotropi* - nalika hiji unsur kimia bisa dibere dina bentuk dua atawa leuwih zat basajan. Salaku conto, karbon - inten, graphene, grafit, nanotube karbon, jsb.
Polimorfisme* - kamampuh hiji zat pikeun aya dina struktur kristal béda (modifikasi polymorphic). Dina hal zat basajan, istilah ieu sinonim jeung alotropi.
Dibikeun polymorphism lega ieu, eta disarankeun yén borophene bisa jadi calon alus teuing pikeun nyieun heterostructures dua diménsi anyar, saprak konfigurasi beungkeutan boron béda kedah bersantai syarat cocog kisi. Hanjakalna, masalah ieu saméméhna ditalungtik sacara éksklusif dina tingkat téoritis alatan kasusah dina sintésis.
Pikeun bahan 2D konvensional diala tina kristal lapisan bulk, heterostructures nangtung bisa diwujudkeun maké stacking mékanis. Di sisi séjén, heterostructures gurat dua diménsi dumasar kana sintésis handap-up. Heterostruktur gurat anu tepat sacara atom boga potensi gede pikeun ngarengsekeun masalah kontrol fungsional heterojunction, kumaha oge, alatan beungkeutan kovalén, cocog kisi teu sampurna ilaharna ngakibatkeun interfaces lega tur disordered. Ku alatan éta, aya poténsi, tapi aya ogé masalah dina ngawujudkeun eta.
Dina karya ieu, panalungtik junun ngahijikeun borophene na graphene kana hiji heterostructure dua diménsi. Sanajan kisi crystallographic mismatch jeung simétri antara borophene jeung graphene, déposisi sequential karbon jeung boron kana substrat Ag (111) dina vakum ultra-tinggi (UHV) ngahasilkeun ampir atomically tepat heterointerfaces gurat kalawan alignments kisi diprediksi, kitu ogé heterointerfaces nangtung. .
Persiapan diajar
Sateuacan ngulik heterostructure, éta kedah didamel. Tumuwuhna graphene sareng borophene dilaksanakeun dina kamar vakum ultra luhur kalayan tekanan 1x10-10 milibar.
Substrat kristal Ag(111) tunggal dibersihkeun ku siklus Ar+ sputtering (1 x 10-5 millibar, 800 eV, 30 menit) sareng anil termal (550 °C, 45 menit) pikeun meunangkeun Ag anu bersih sareng datar. 111) beungeut. .
Graphene tumuwuh ku évaporasi sinar éléktron tina rod grafit murni (99,997%) kalayan diaméter 2.0 mm kana substrat Ag (750) dipanaskeun nepi ka 111 °C dina arus pemanasan ~ 1.6 A jeung tegangan accelerating ~ 2 kV. , anu masihan arus émisi ~ 70 mA sareng fluks karbon ~ 40 nA. Tekanan dina chamber éta 1 x 10-9 millibars.
Borophene tumuwuh ngaliwatan évaporasi sinar éléktron tina rod boron murni (99,9999%) kana submonolayer graphene on Ag (400) dipanaskeun nepi ka 500-111 °C. Arus filamén nyaéta ~ 1.5 A sareng tegangan ngagancangkeun nyaéta 1.75 kV, anu masihan arus émisi ~ 34 mA sareng fluks boron tina ~ 10 nA. Tekanan dina chamber salila tumuwuhna borophene éta kira 2 x 10-10 millibars.
Hasil panilitian
Gambar #1
Dina gambar 1A ditingalikeun STM* snapshot tina graphene tumuwuh, dimana domain graphene anu pangalusna visualized maké peta dI/dV (1V), dimana I и V nyaéta ayeuna tunneling sarta kapindahan sampel, jeung d - dénsitas.
STM* - scanning tunneling mikroskop.
dI/dV peta sampel ngamungkinkeun urang ningali kapadetan lokal anu langkung luhur tina kaayaan graphene dibandingkeun sareng substrat Ag (111). Luyu sareng panilitian sateuacana, kaayaan permukaan Ag (111) ngagaduhan ciri léngkah, bergeser ka arah énergi positip ku dI/dV spéktrum graphene (1S), anu ngécéskeun dénsitas lokal anu langkung luhur tina kaayaan graphene on 1V dina 0.3 eV.
Dina gambar 1D urang tiasa ningali struktur single-lapisan graphene, dimana kisi sayang madu na superstruktur moiré*.
Superstruktur* - fitur tina struktur sanyawa kristalin nu repeats dina interval nu tangtu sahingga nyieun struktur anyar kalawan periode alternation béda.
Moire* - superposisi dua pola bolong periodik dina luhureun unggal lianna.
Dina suhu nu leuwih handap, tumuwuhna ngabalukarkeun formasi domain dendritik jeung graphene cacad. Kusabab interaksi lemah antara graphene jeung substrat dasarna, alignment rotational of graphene jeung Ag (111) kaayaan teu unik.
Saatos déposisi boron, scanning tunneling mikroskop (1E) némbongkeun ayana kombinasi domain borophene jeung graphene. Ogé katingali dina gambar nyaéta daérah di jero graphene, anu engké diidentifikasi minangka graphene intercalated sareng borophene (ditunjukkeun dina gambar). Gr/B). Unsur linier berorientasi dina tilu arah sareng dipisahkeun ku sudut 120 ° ogé katingali jelas di daérah ieu (panah konéng).
Gambar #2
Poto dina 2Aogé 1E, mastikeun penampilan depresi poék localized dina graphene sanggeus déposisi boron.
Sangkan leuwih hadé nalungtik formasi ieu sarta manggihan asal-usulna, poto séjén dicokot tina wewengkon nu sarua, tapi ngagunakeun peta |dlnI/dz| (2B), dimana I - torowongan arus, d nyaeta dénsitas, jeung z - separation usik-sampel (celah antara jarum mikroskop jeung sampel). Pamakéan téhnik ieu ngamungkinkeun pikeun ménta gambar kalawan resolusi spasial tinggi. Anjeun ogé tiasa nganggo CO atanapi H2 dina jarum mikroskop pikeun ieu.
gambaran 2S mangrupa gambar diala maké STM nu tip ieu coated kalawan CO. Babandingan gambar А, В и С nembongkeun yen sakabeh unsur atom diartikeun tilu heksagons caang padeukeut diarahkeun dina dua arah nonequivalent (segitiga beureum jeung konéng dina poto).
Gambar digedékeun wewengkon ieu (2D) mastikeun yén elemen ieu saluyu jeung pangotor dopan boron, ngawengku dua sublattices graphene, sakumaha dituduhkeun ku struktur superimposed.
Palapis CO tina jarum mikroskop ngamungkinkeun pikeun nembongkeun struktur géométri tina lambaran borophene (2E), anu mustahil upami jarumna standar (logam) tanpa palapis CO.
Gambar #3
Formasi heterointerfaces gurat antara borophene jeung graphene (3A) kudu lumangsung nalika borophene tumuwuh gigireun domain graphene nu geus ngandung boron.
Élmuwan ngingetkeun yén panganteur hétérogén gurat dumasar kana graphene-hBN (graphene + boron nitride) mibanda konsistensi kisi, sarta heterojunctions dumasar kana logam transisi dichalcogenides mibanda konsistensi simétri. Dina kasus graphene / borophene, kaayaanna rada béda - aranjeunna gaduh kasaruaan struktural minimal dina hal konstanta kisi atanapi simétri kristal. Sanajan kitu, sanajan ieu, graphene / borophene heterointerface gurat nunjukkeun konsistensi atom ampir sampurna, kalawan boron baris (B-baris) arah Blok jeung zigzag (ZZ) arah graphene (3A). Hurung 3V gambar magnified wewengkon ZZ tina heterointerface ditémbongkeun (garis biru nunjukkeun elemen panganteur pakait jeung beungkeut kovalén boron-karbon).
Kusabab borophene tumuwuh dina suhu nu leuwih handap dibandingkeun graphene, edges of domain graphene anu saperti teu mirip boga mobilitas tinggi nalika ngabentuk heterointerface kalawan borophene. Ku alatan éta, heterointerface ampir atom tepat kamungkinan hasil tina konfigurasi béda jeung karakteristik beungkeut boron multisite. Nyeken spéktroskopi tunneling spéktrum (3S) jeung konduktivitas torowongan diferensial (3D) nunjukkeun yén transisi éléktronik tina graphene ka borophene lumangsung dina jarak ~ 5 Å tanpa kaayaan panganteur anu katingali.
Dina gambar 3E Ditémbongkeun tilu spéktra spéktroskopi tunneling scanning dicokot sapanjang tilu garis putus-putus dina 3D, nu mastikeun yén transisi éléktronik pondok ieu teu peka struktur panganteur lokal sarta comparable kana interfaces borophene-perak.
Gambar #4
Graphene interkalasi* ogé saméméhna geus loba diulik, tapi konversi intercalants kana lembar 2D leres relatif jarang.
Interkalasi* - inklusi malik hiji molekul atawa gugus molekul antara molekul atawa grup molekul séjén.
Jari-jari atom leutik boron jeung interaksi lemah antara graphene jeung Ag(111) nunjukkeun kamungkinan interkalasi graphene jeung boron. Dina gambar 4A bukti dibere teu ukur intercalation boron, tapi ogé formasi heterostructures borophene-graphene nangtung, utamana domain triangular dikurilingan ku graphene. Kisi sayang madu dititénan dina domain triangular ieu confirms ayana graphene. Sanajan kitu, graphene ieu némbongkeun kapadetan lokal nagara bagian handap -50 meV dibandingkeun graphene sabudeureun (4V). Dibandingkeun jeung graphene langsung dina Ag(111), euweuh bukti kapadetan lokal luhur nagara bagian dina spéktrum. dI/dV (4C, kurva biru), pakait jeung kaayaan permukaan Ag(111), mangrupa bukti mimiti interkalasi boron.
Ogé, saperti nu diharapkeun pikeun interkalasi parsial, kisi graphene tetep kontinyu sapanjang panganteur gurat antara graphene jeung wewengkon triangular (4D - pakait jeung wewengkon rectangular on 4A, dikurilingan ku garis titik beureum). Hiji gambar maké CO dina jarum mikroskop ogé dikonfirmasi ayana pangotor substitusi boron (4E - pakait jeung wewengkon rectangular on 4A, dikurilingan dina garis titik konéng).
Jarum mikroskop tanpa palapis ogé dianggo nalika analisa. Dina hal ieu, tanda-tanda elemen linier hiji diménsi kalawan periodicity 5 Å diungkabkeun dina domain graphene interkalated (4F и 4G). Ieu struktur hiji diménsi nyarupaan baris boron dina modél borophene. Salian susunan titik pakait jeung graphene, nu Fourier transformasi gambar kana 4G mintonkeun sapasang titik ortogonal pakait jeung 3 Å x 5 Å kisi sagi opat (4H), nu aya dina perjangjian alus teuing jeung modél borophene. Sajaba ti éta, observasi tripel orientasi tina Asép Sunandar Sunarya ti elemen linier (1E) satuju ogé jeung struktur utama sarua observasi pikeun cadar borophene.
Kabéh observasi ieu niatna nyarankeun interkalasi graphene ku borophene deukeut edges of Ag, nu akibatna ngabalukarkeun formasi heterostructures borophene-graphene nangtung, nu bisa advantageously direalisasikeun ku ngaronjatna sinyalna awal graphene.
4I mangrupakeun ngagambarkeun skéma tina heterostructure nangtung dina 4H, dimana arah baris boron (panah pink) raket Blok jeung arah zigzag of graphene (panah hideung), sahingga ngabentuk heterostructure nangtung rotationally proporsional.
Pikeun kenalan anu langkung rinci sareng nuansa pangajaran, kuring nyarankeun ningali и ka anjeunna.
epilog
Panaliti ieu nunjukkeun yén borophene cukup sanggup ngabentuk hétérostruktur gurat sareng vertikal sareng graphene. Sistem sapertos kitu tiasa dianggo dina pamekaran jinis anyar unsur dua diménsi anu dianggo dina nanotéhnologi, éléktronika fleksibel sareng tiasa dianggo, ogé jinis semikonduktor anyar.
Panaliti sorangan yakin yén pamekaranna tiasa janten dorongan anu kuat pikeun téknologi anu aya hubunganana sareng éléktronika. Sanajan kitu, éta kénéh hésé nyebutkeun pasti yén kecap maranéhanana baris jadi prophetic. Kiwari, masih kénéh loba nu kudu ditalungtik, dipikaharti jeung diciptakeun sangkan éta gagasan-gagasan fiksimini nu ngeusian pikiran para élmuwan jadi kanyataan nu pinuh.
Hatur nuhun pikeun maca, tetep panasaran sareng gaduh minggu anu saé guys. 🙂
Hatur nuhun pikeun tetep sareng kami. Naha anjeun resep artikel kami? Hoyong ningali eusi anu langkung narik? Dukung kami ku cara nempatkeun pesenan atanapi nyarankeun ka babaturan, Diskon 30% pikeun pangguna Habr dina analog unik tina server tingkat éntri, anu diciptakeun ku kami pikeun anjeun: (sadia kalawan RAID1 na RAID10, nepi ka 24 cores sarta nepi ka 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali langkung mirah? Ngan di dieu di Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ti $99! Baca ngeunaan
sumber: www.habr.com