«Мутация калиди кушодани сирри эволютсия аст. Рохи тараккиёт аз организми оддитарин то намуди бартаридоштаи биологи хазорхо сол давом мекунад. Аммо ҳар сад ҳазор сол як ҷаҳиши шадид ба пеш дар эволютсия ба амал меояд" (Чарлз Ксавиер, X-Men, 2000). Агар мо тамоми унсурхои илмии фантастикиро, ки дар комиксхо ва фильмхо мавчуданд, дур кунем, пас суханони профессор X комилан дурустанд. Инкишофи чизе аксар вақт ба таври баробар пеш меравад, аммо баъзан ҷаҳишҳое ҳастанд, ки ба тамоми раванд таъсири калон мерасонанд. Ин на танҳо ба эволютсияи намудҳо, балки ба таҳаввулоти технология низ дахл дорад, ки омили асосии он одамон, тадқиқот ва ихтирооти онҳост. Имрӯз мо бо тадқиқоте шинос мешавем, ки ба гуфтаи муаллифонаш, ҷаҳиши воқеии эволютсионӣ дар нанотехнология мебошад. Чӣ тавр олимони Донишгоҳи Шимолу Ғарбӣ (ИМА) тавонистанд гетероструктураи нави дученакаро эҷод кунанд, чаро графен ва борофен ҳамчун асос интихоб карда шуданд ва чунин система чӣ гуна хосиятҳоро дошта метавонад? Дар ин бора маърузаи гурухи тадкикотй ба мо накл мекунад. Бирав.
Асоси тадқиқот
Мо истилоҳи "графен"-ро борҳо шунидаем; он як тағирёбии дученакаи карбон аст, ки аз қабати атомҳои карбон иборат аст, ки ғафсии 1 атом аст. Аммо "борофен" хеле кам аст. Ин истилоҳ ба кристали дученакае дахл дорад, ки танҳо аз атомҳои бор (B) иборат аст. Эҳтимоли мавҷудияти борофен бори аввал дар миёнаҳои солҳои 90-ум пешгӯӣ шуда буд, аммо дар амал ин сохтор танҳо то соли 2015 ба даст оварда шуд.
Сохти атомии борофен аз элементҳои секунҷа ва шашкунҷа иборат буда, натиҷаи таъсири мутақобилаи пайвандҳои дохили ҳамвории думарказӣ ва бисёрмарказӣ мебошад, ки барои элементҳои норасоии электрон, ки борро дар бар мегиранд, хеле хос аст.
*Робитаҳои думарказӣ ва бисёрмарказӣ мо пайвандҳои химиявиро дар назар дорем - таъсири мутақобилаи атомҳо, ки устувории молекула ё кристаллро ҳамчун сохтори ягона тавсиф мекунанд. Масалан, пайванди думарказии ду-электронӣ вақте ба вуҷуд меояд, ки 2 атом 2 электронро тақсим мекунанд ва пайванди думарказии се электронӣ ҳангоми мубодилаи 2 атом ва 3 электрон ва ғ.
Аз нуқтаи назари ҷисмонӣ, борофен метавонад нисбат ба графен қавитар ва чандиртар бошад. Инчунин боварӣ доранд, ки сохторҳои борофен метавонанд барои батареяҳо иловаи муассир бошанд, зеро борофен дорои иқтидори баланди хос ва ноқилҳои электронии беназир ва хосиятҳои интиқоли ион мебошад. Аммо, дар айни замон ин танҳо як назария аст.
Будан унсури севалент*, бор камаш 10 дорад аллотропҳо *. Дар шакли ду-ченака, монанд полиморфизм* низ мушоҳида мешавад.
Унсури севалентӣ* қодир ба ташаккули се пайванди ковалентӣ, ки валенти онҳо се аст.
Аллотропия* - вакте ки як элементи химиявиро дар шакли ду ё зиёда моддахои одди пешниход кардан мумкин аст. Масалан, карбон - алмос, графен, графит, нанотубаҳои карбон ва ғайра.
Полиморфизм* - қобилияти мавҷудияти модда дар сохторҳои гуногуни кристаллӣ (модификатсияҳои полиморфӣ). Дар мавриди моддаҳои оддӣ, ин истилоҳ бо аллотропия синоним аст.
Бо дарназардошти ин полиморфизми васеъ, пешниҳод карда мешавад, ки борофен метавонад як номзади олӣ барои эҷоди гетероструктураҳои нави дученака бошад, зеро конфигуратсияҳои гуногуни пайванди бор бояд талаботи мутобиқати торро сабук кунанд. Мутаассифона, ин масъала пештар аз сабаби душвориҳои синтез танҳо дар сатҳи назариявӣ омӯхта мешуд.
Барои маводи анъанавии 2D, ки аз кристаллҳои қабати калон ба даст оварда шудаанд, гетероструктураҳои амудиро бо истифода аз stacking механикӣ амалӣ кардан мумкин аст. Аз тарафи дигар, гетероструктураҳои паҳлӯии дученака ба синтези аз поён ба боло асос ёфтаанд. Гетероструктураҳои паҳлӯии аз ҷиҳати атомӣ дақиқ дар ҳалли масъалаҳои идоракунии функсионалии гетероҷунксия потенсиали калон доранд, аммо аз сабаби пайванди ковалентӣ, мувофиқати қафаси нокомил одатан ба интерфейсҳои васеъ ва бесарусомон оварда мерасонад. Бинобар ин, потенсиал мавчуд бошад хам, вале дар кори ба амал баровардани он проблемахо низ мавчуданд.
Дар ин кор муҳаққиқон тавонистанд борофен ва графенро ба як гетероструктураи дученака муттаҳид кунанд. Сарфи назар аз номутобиқатии торҳои кристаллографӣ ва симметрия байни борофен ва графен, таҳшини пайдарпайи карбон ва бор ба субстрати Ag(111) дар зери вакууми ултрабаланд (UHV) боиси тақрибан гетероинтерфейсҳои паҳлуии аз ҷиҳати атомӣ дақиқ бо ҳамбастагии пешгӯишудаи гетероинтерфейсҳо мегардад. .
Омодагӣ ба омӯзиш
Пеш аз омух-тани гетероструктура онро сохтан лозим буд. Афзоиши графен ва борофен дар камераи вакууми ултрабаланд бо фишори 1x10-10 миллибар гузаронида шуд.
Субстрати монокристалии Ag(111) бо давраҳои такрории пошидани Ar+ (1 x 10-5 миллибар, 800 эВ, 30 дақиқа) ва гармкунии гармӣ (550 °C, 45 дақиқа) тоза карда шуд, то ки аз ҷиҳати атом тоза ва ҳамвор Ag( 111) рӯи ..
Графен тавассути бухоркунии чӯби электронии асои графити соф (99,997%), ки диаметри 2.0 мм ба замини Ag (750), ки то 111 °C дар ҷараёни гармидиҳии ~ 1.6 А ва шиддати суръатбахшии ~ 2 кВ гарм карда шудааст, парвариш карда шуд. , ки ҷараёни эмиссияи ~ 70 мА ва ҷараёни карбон ~ 40 нА медиҳад. Фишор дар камера 1 х 10—9 миллибар буд.
Борофен тавассути бухоркунии шуои электронии асои софи бор (99,9999%) ба графен субмонолаерӣ дар Ag (400) то 500-111 °C гарм карда шудааст. Ҷараёни филамент ~1.5 А ва шиддати суръатбахшӣ 1.75 кВ буд, ки ҷараёни эмиссияи ~34 мА ва ҷараёни борро ~10 нА медиҳад. Фишор дар камера хангоми афзоиши борофен такрибан 2 х 10—10 миллибар буд.
Натиҷаҳои омӯзиш
Тасвир №1
Дар тасвир 1A нишон дода шудааст STM* як акси графени парваришшуда, ки дар он доменҳои графен бо истифода аз харита беҳтар тасвир карда мешаванд dI/dV (1В), дар куҷо I и V ҷараёни нақбкашӣ ва ҷойивазкунии намуна мебошанд, ва d — зичии.
STM* — микроскопи сканкунии туннельсоз.
dI/dV харитаҳои намуна ба мо имкон доданд, ки зичии баландтари маҳаллии ҳолати графенро дар муқоиса бо субстрати Ag (111) бубинем. Мутобиқи таҳқиқоти қаблӣ, ҳолати сатҳи Ag (111) хусусияти зина дорад, ки ба энергияи мусбӣ мегузарад. dI/dV спектри графен (1С), ки зичии баландтари маҳаллии ҳолати графенро шарҳ медиҳад 1В дар 0.3 эВ.
Дар тасвир 1D мо сохтори якқабатаи графенро мебинем, ки дар он торчаҳои асал ва болоии муар*.
Нашри сохтор* - хусусияти сохтори пайвастагиҳои кристаллӣ, ки дар фосилаи муайян такрор мешавад ва ба ин васила сохтори навро бо давраи ивазшавии дигар ба вуҷуд меорад.
Муар* - суперпозицияи ду шакли даврии торӣ дар болои ҳамдигар.
Дар ҳарорати паст, афзоиш ба ташаккули доменҳои дендритӣ ва ноқиси графен оварда мерасонад. Аз сабаби таъсири мутақобилаи заиф байни графен ва субстрати асосӣ, ҳамоҳангсозии гардиши графен нисбат ба Ag (111) беназир нест.
Пас аз гузоштани бор, микроскопияи сканкунии туннелӣ (1Э) мавҷудияти маҷмӯи доменҳои борофен ва графенро нишон дод. Инчунин дар тасвир минтақаҳои дохили графен намоёнанд, ки баъдтар ҳамчун графен бо борофен омехташуда муайян карда шуданд (дар расм нишон дода шудааст) Гр/Б). Дар ин мавзеъ элементхои хатти ба се самт нигаронидашуда ва бо кунчи 120° аз хам чудошуда низ баръало намоёнанд (тирхои зард).
Тасвир №2
Акс дар 2A, инчунин 1Э, пайдоиши депрессияҳои маҳаллии торикро дар графен пас аз пошидани бор тасдиқ кунед.
Барои беҳтар тафтиш кардани ин формацияҳо ва муайян кардани пайдоиши онҳо, як акси дигар аз ҳамон минтақа гирифта шудааст, аммо бо истифода аз харитаҳо |dlnI/dz| (2B), дар куҷо I - ҷараёни нақб, d зичии аст, ва z — ҷудокунии зонд-намуна (фосилаи байни сӯзани микроскоп ва намуна). Истифодаи ин техника имкон медиҳад, ки тасвирҳои дорои ҳалли баланди фазоӣ гирифта шаванд. Шумо инчунин метавонед CO ё H2-ро дар сӯзани микроскоп барои ин истифода баред.
Image Image 2С тасвирест, ки бо истифода аз STM гирифта шудааст, ки нӯги он бо CO пӯшонида шудааст. Муқоисаи тасвирҳо А, В и С нишон медиҳад, ки ҳамаи элементҳои атомӣ ҳамчун се шашкунҷаи дурахшони ҳамсоя муайян карда мешаванд, ки ба ду самти нобаробар нигаронида шудаанд (секунҷаҳои сурх ва зард дар аксҳо).
Тасвирҳои васеъшудаи ин минтақа (2D) тасдиқ кунед, ки ин элементҳо бо ифлосҳои бордор мувофиқанд, ки ду зерплаттикаи графинро ишғол мекунанд, тавре ки сохторҳои болоӣ нишон медиҳанд.
Пӯшидани COXNUMX сӯзани микроскоп имкон дод, ки сохтори геометрии варақи борофен ошкор карда шавад (2Э), ки агар сӯзан стандартӣ (металлӣ) бе рӯйпӯши CO мебуд, ғайриимкон мебуд.
Тасвир №3
Ташаккули гетероинтерфейсҳои паҳлӯӣ байни борофен ва графен (3A) бояд вақте рух диҳад, ки борофен дар паҳлӯи доменҳои графен, ки аллакай бор доранд, мерӯяд.
Олимон хотиррасон мекунанд, ки гетероинтерфейсҳои паҳлӯӣ дар асоси графен-hBN (графен + нитриди бор) консентратсияи торӣ доранд ва гетероиунксияҳо дар асоси дихалкогенидҳои металлии гузариш консентратсияи симметрия доранд. Дар мавриди графен/борофен, вазъ каме фарқ мекунад - онҳо аз ҷиҳати константҳои торӣ ё симметрияи кристалл шабоҳати ҳадди ақали сохторӣ доранд. Аммо, сарфи назар аз ин, гетероинтерфейси паҳлӯии графен/борофен мувофиқати қариб комили атомиро нишон медиҳад, ки самтҳои қатори бор (B-қатор) бо самтҳои зигзаг (ZZ) графен мувофиқанд.3A). Фурӯзон 3В тасвири калоншудаи минтақаи ZZ-и гетероинтерфейс нишон дода шудааст (хатҳои кабуд элементҳои интерфасиалиро, ки ба пайвандҳои ковалентии бор ва карбон мувофиқанд, нишон медиҳанд).
Азбаски борофен дар муқоиса бо графен дар ҳарорати пасттар мерӯяд, кунҷҳои домени графен ҳангоми ташкили гетероинтерфейс бо борофен эҳтимолияти баланд ҳаракат кардан надоранд. Аз ин рӯ, гетероинтерфейси тақрибан аз ҷиҳати атомӣ дақиқ эҳтимол натиҷаи конфигуратсияҳо ва хусусиятҳои гуногуни пайвандҳои бордор мебошад. Спектрҳои сканкунии нақби спектроскопӣ (3С) ва гузарониши дифференсиалии нақб (3D) нишон медиҳад, ки гузариши электронӣ аз графен ба борофен дар масофаи ~5 Å бидуни ҳолати интерфейси намоён рух медиҳад.
Дар тасвир 3Э Се спектри спектроскопии сканкунии туннелӣ, ки аз рӯи се хатти рахнашуда дар 3D гирифта шудаанд, нишон дода шудаанд, ки тасдиқ мекунанд, ки ин гузариши электронии кӯтоҳ ба сохторҳои интерфасиалии маҳаллӣ ҳассос нест ва бо он дар интерфейсҳои борофен-нуқра муқоиса карда мешавад.
Тасвир №4
Графен интеркалация* низ қаблан васеъ омӯхта шуда буд, аммо табдили интеркалантҳо ба варақаҳои ҳақиқии 2D нисбатан кам аст.
Муносибат* - дохилшавии баръакси молекула ё гурӯҳи молекулаҳо дар байни дигар молекулаҳо ё гурӯҳҳои молекулаҳо.
Радиуси хурди атомии бор ва таъсири мутақобилаи заиф байни графен ва Ag(111) эҳтимолияти ҳамбастагии графен бо борро нишон медиҳад. Дар сурат 4A Далелҳо на танҳо дар бораи интеркалатсияи бор, балки ташаккули гетероструктураҳои амудии борофен-графен, махсусан доменҳои секунҷа, ки бо графен иҳота шудаанд, оварда шудаанд. Шабакаи асали асал, ки дар ин домени секунҷа мушоҳида шудааст, мавҷудияти графенро тасдиқ мекунад. Аммо, ин графен зичии пасти маҳаллии иёлатҳоро дар -50 меВ дар муқоиса бо графени атроф нишон медиҳад (4В). Дар муқоиса бо графен мустақиман дар Ag(111), далели зичии баланди локалии штатҳо дар спектр вуҷуд надорад. dI/dV (4C, каҷи кабуд), ки ба ҳолати сатҳи Ag(111) мувофиқ аст, аввалин далели байниҳамшавии бор мебошад.
Инчунин, тавре ки барои интеркалатсияи қисман интизор меравад, торчаи графен дар тамоми интерфейси паҳлуии байни графен ва минтақаи секунҷа бефосила боқӣ мемонад (4D - ба майдони росткунҷаи рӯи он мувофиқат мекунад 4A, доирашакл дар хати нуқта сурх). Тасвире, ки CO-ро дар сӯзани микроскоп истифода мебарад, инчунин мавҷудияти олудаҳои ивазкунандаи борро тасдиқ кард (4E - ба майдони росткунҷаи рӯи он мувофиқат мекунад 4A, доирашакл бо хати нуқтаи зард).
Дар рафти тахлил сузанхои микроскопи бе ягон рупуш низ истифода шуданд. Дар ин ҳолат, дар доменҳои байниҳамдигарии графен аломатҳои элементҳои хаттии якченака бо даврии 5 Å ошкор карда шуданд (4F и 4G). Ин сохторҳои якченака ба қатори бор дар модели борофен шабоҳат доранд. Илова ба маҷмӯи нуқтаҳое, ки ба графен мувофиқанд, Фурье тасвирро ба он табдил медиҳад 4G як ҷуфт нуқтаҳои ортогоналиро нишон медиҳад, ки ба панҷараи росткунҷаи 3 Å x 5 Å (4H), ки бо модели борофен комилан мувофик аст. Илова бар ин, самти сегонаи массиви элементҳои хатӣ мушоҳида карда мешавад (1Э) бо ҳамон сохтори бартаридоштае, ки барои варақаҳои борофен мушоҳида шудааст, хуб мувофиқат мекунад.
Ҳамаи ин мушоҳидаҳо ба таври қатъӣ пайвастани графен бо борофенро дар наздикии кунҷҳои Ag нишон медиҳанд, ки дар натиҷа ба ташаккули гетероструктураҳои амудии борофен-графен оварда мерасонад, ки онро тавассути зиёд кардани фарогирии ибтидоии графен ба таври фоиданок амалӣ кардан мумкин аст.
4I тасвири схематикии як гетероструктураи амудӣ оид ба аст 4H, ки дар он самти қатори бор (тирчаи гулобӣ) бо самти зигзаги графен (тирчаи сиёҳ) зич мувофиқат мекунад ва ба ин васила гетероструктураи амудии мутаносиби гардиши мутаносибро ташкил медиҳад.
Барои шиносоӣ бо нозукиҳои омӯзиш, ман тавсия медиҳам, ки ба он нигаред и ба ӯ.
Эпилогонӣ
Ин тадқиқот нишон дод, ки борофен қодир аст, ки гетероструктураҳои паҳлуӣ ва амудиро бо графен ташкил кунад. Чунин системахоро дар кор карда баромадани навъхои нави элементхои дучанд, ки дар нанотехнология, электроникаи чандир ва фарсуда истифода мешаванд, инчунин навъхои нави нимнокилхо истифода бурдан мумкин аст.
Худи муҳаққиқон боварӣ доранд, ки рушди онҳо метавонад як такони пурқувват барои технологияҳои марбут ба электроника бошад. Бо вуҷуди ин, ҳанӯз дақиқ гуфтан душвор аст, ки суханони онҳо пешгӯӣ мешаванд. Дар айни замой хануз бисьёр чизхоро тадкик кардан, дарк кардан ва ихтироъ кардан лозим аст, то он идеяхои фантастикй, ки тафаккури олимонро пур мекунанд, вокеияти мукаммал гарданд.
Ташаккур барои хондан, кунҷков бошед ва ҳафтаи олиҷанобе дошта бошед. 🙂
Ташаккур ба шумо барои бо мо мондан. Мақолаҳои мо ба шумо маъқуланд? Мехоҳед мундариҷаи ҷолибтарро бубинед? Бо фармоиш додан ё тавсия додан ба дӯстон моро дастгирӣ кунед, 30% тахфиф барои корбарони Habr дар аналоги беназири серверҳои сатҳи ибтидоӣ, ки аз ҷониби мо барои шумо ихтироъ шудааст: (бо RAID1 ва RAID10, то 24 ядро ва то 40 ГБ DDR4 дастрас аст).
Dell R730xd 2 маротиба арзонтар? Танҳо дар ин ҷо дар Нидерландия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - аз $99! Дар бораи хондан
Манбаъ: will.com