“Iyipada jẹ bọtini lati ṣiṣafihan ohun ijinlẹ ti itankalẹ. Ọna ti idagbasoke lati ara-ara ti o rọrun julọ si ẹda ti ẹda ti o jẹ agbara ti o wa ni ẹgbẹẹgbẹrun ọdun. Ṣugbọn ni gbogbo ọgọrun ẹgbẹrun ọdun fifo didasilẹ wa siwaju ninu itankalẹ” (Charles Xavier, X-Men, 2000). Ti a ba sọ gbogbo awọn eroja imọ-jinlẹ ti o wa ninu awọn apanilẹrin ati awọn fiimu, lẹhinna awọn ọrọ Ọjọgbọn X jẹ otitọ gaan. Idagbasoke nkan n tẹsiwaju ni deede ni ọpọlọpọ igba, ṣugbọn nigbami awọn fo wa ti o ni ipa nla lori gbogbo ilana naa. Eyi kii kan si itankalẹ ti awọn eya nikan, ṣugbọn tun si itankalẹ ti imọ-ẹrọ, awakọ akọkọ ti eyiti eniyan jẹ, iwadii ati awọn ipilẹṣẹ wọn. Loni a yoo ni imọran pẹlu iwadi kan ti, ni ibamu si awọn onkọwe rẹ, jẹ fifo itankalẹ gidi ni nanotechnology. Bawo ni awọn onimo ijinlẹ sayensi lati Ile-ẹkọ giga ti Ariwa iwọ oorun (USA) ṣe ṣakoso lati ṣẹda heterostructure onisẹpo meji tuntun, kilode ti a yan graphene ati borophene gẹgẹbi ipilẹ, ati awọn ohun-ini wo ni iru eto le ni? Iroyin ti ẹgbẹ iwadi yoo sọ fun wa nipa eyi. Lọ.
Ipilẹ iwadi
A ti gbọ ọrọ naa “graphene” ni ọpọlọpọ igba; o jẹ iyipada onisẹpo meji ti erogba, ti o ni Layer ti awọn ọta erogba 1 atomu nipọn. Ṣugbọn "borofen" jẹ toje pupọ. Oro yii n tọka si kirisita onisẹpo meji ti o ni awọn ọta boron (B) nikan. O ṣeeṣe ti aye ti borophene ni akọkọ ti sọ asọtẹlẹ pada ni aarin awọn ọdun 90, ṣugbọn ni iṣe eto yii gba nipasẹ ọdun 2015 nikan.
Ilana atomiki ti borophene ni awọn eroja onigun mẹta ati awọn onigun mẹrin ati pe o jẹ abajade ti ibaraenisepo laarin aarin-meji ati aarin-ọpọ-aarin ninu-ọkọ ofurufu, eyiti o jẹ aṣoju pupọ fun awọn eroja aipe elekitironi, eyiti o pẹlu boron.
*Nipa aarin-meji ati awọn iwe ifowopamosi multicenter a tumọ si awọn ifunmọ kemikali - awọn ibaraenisepo ti awọn ọta ti o ṣe afihan iduroṣinṣin ti moleku tabi kirisita bi ọna kan. Fun apere, a meji-arin meji-itanna mnu waye nigbati 2 atomu pin 2 elekitironi, ati ki o kan meji-aarin mẹta-itanna mnu waye nigbati 2 atomu ati 3 elekitironi, ati be be lo.
Lati oju wiwo ti ara, borophene le ni okun sii ati rọ ju graphene. O tun gbagbọ pe awọn ẹya borophene le jẹ iranlowo ti o munadoko fun awọn batiri nitori borophene ni agbara kan pato ti o ga ati adaṣe itanna alailẹgbẹ ati awọn ohun-ini gbigbe ion. Sibẹsibẹ, ni akoko yi ni o kan kan yii.
Jije eroja trivalent*, boron ni o kere ju 10 allotropes*. Ni fọọmu onisẹpo meji, iru polymorphism* tun ṣe akiyesi.
Ẹya mẹ́ta* ti o lagbara lati ṣẹda awọn ifunmọ covalent mẹta, valency eyiti o jẹ mẹta.
Allotropy* - nigbati nkan kemikali kan le ṣe afihan ni irisi awọn nkan ti o rọrun meji tabi diẹ sii. Fun apẹẹrẹ, erogba - diamond, graphene, graphite, carbon nanotubes, bbl
Polymorphism* - agbara ti nkan kan lati wa ni oriṣiriṣi awọn ẹya gara (awọn iyipada polymorphic). Ninu ọran ti awọn nkan ti o rọrun, ọrọ yii jẹ bakannaa pẹlu allotropy.
Fi fun polymorphism jakejado yii, o daba pe borophene le jẹ oludije ti o dara julọ fun ṣiṣẹda awọn ẹya tuntun ti o ni iwọn meji, niwọn bi awọn atunto isunmọ boron oriṣiriṣi yẹ ki o sinmi awọn ibeere ibaramu latittice. Laanu, atejade yii ni a ti kọ tẹlẹ ni iyasọtọ ni ipele imọ-jinlẹ nitori awọn iṣoro ninu iṣelọpọ.
Fun awọn ohun elo 2D ti aṣa ti o gba lati awọn kirisita ti o fẹlẹfẹlẹ olopobobo, awọn ọna-itọka inaro le ṣee ṣe ni lilo iṣakojọpọ ẹrọ. Ni apa keji, awọn heterostructures ita ti o ni iwọn meji ti o da lori isọpọ isalẹ-oke. Atomically kongẹ ita heterostructures ni o pọju nla ni lohun heterojunction awọn iṣoro iṣakoso iṣẹ, sibẹsibẹ, nitori covalent imora, aipe latisi ibaamu ojo melo Abajade ni jakejado ati disordered atọkun. Nitorinaa, agbara wa, ṣugbọn awọn iṣoro tun wa ni mimọ.
Ninu iṣẹ yii, awọn oniwadi ṣakoso lati ṣepọ borophene ati graphene sinu ọkan heterostructure meji-meji. Laibikita aiṣedeede lattice crystallographic ati ibaramu laarin borophene ati graphene, ifisilẹ lẹsẹsẹ ti erogba ati boron sori sobusitireti Ag (111) labẹ igbale ultra-high (UHV) ni abajade ni awọn oju-ọna heterointeroin ti ita ti o fẹrẹẹtọ atomically pẹlu awọn isọdi isọdi ti a sọtẹlẹ, bakanna bi heterointerfaces inaro .
Igbaradi fun iwadi
Ṣaaju ki o to kọ ẹkọ heterostructure, o ni lati ṣe. Idagba ti graphene ati borophene ni a ṣe ni iyẹwu igbale ti o ga julọ pẹlu titẹ 1x10-10 millibars.
Sobusitireti gara Ag (111) kan ti di mimọ nipasẹ awọn iyipo ti Ar + sputtering leralera (1 x 10-5 millibar, 800 eV, awọn iṣẹju 30) ati annealing gbona (550 ° C, awọn iṣẹju 45) lati gba atomically mimọ ati alapin Ag ( 111) oju..
Graphene ti dagba nipasẹ evaporation elekitironi ti ọpa graphite mimọ (99,997%) pẹlu iwọn ila opin kan ti 2.0 mm pẹlẹpẹlẹ Ag (750) sobusitireti kikan si 111 °C ni lọwọlọwọ alapapo ti ~ 1.6 A ati foliteji isare ti ~ 2 kV , eyiti o funni ni lọwọlọwọ itujade ti ~ 70 mA ati ṣiṣan erogba ~ 40 nA. Awọn titẹ ninu iyẹwu wà 1 x 10-9 millibars.
Borophene ti dagba nipasẹ isunmọ ina ina elekitironi ti opa mimọ kan (99,9999%) boron lori graphene submonolayer lori Ag (400) kikan si 500-111 °C. Iwọn filament lọwọlọwọ jẹ ~ 1.5 A ati pe foliteji isare jẹ 1.75 kV, eyiti o funni ni lọwọlọwọ itujade ti ~34 mA ati ṣiṣan boron ti ~10 nA. Awọn titẹ ninu iyẹwu nigba idagba ti borophene je to 2 x 10-10 millibars.
Awọn abajade iwadi
Aworan #1
Ninu aworan 1A ti fihan STM* Fọto ti graphene ti o dagba, nibiti awọn ibugbe graphene ti wa ni wiwo ti o dara julọ nipa lilo maapu kan dI/dV (1B), ibo I и V ni o wa tunneling lọwọlọwọ ati awọn ayẹwo nipo, ati d - iwuwo.
STM* - Antivirus tunneling maikirosikopu.
dI/dV awọn maapu ti ayẹwo jẹ ki a rii iwuwo agbegbe ti o ga julọ ti awọn ipinlẹ ti graphene ni akawe si sobusitireti Ag (111). Ni ibamu pẹlu awọn ẹkọ iṣaaju, ipo dada ti Ag (111) ni ihuwasi igbesẹ kan, ti o yipada si awọn agbara rere nipasẹ dI/dV irisi graphene (1C), eyiti o ṣe alaye iwuwo agbegbe ti o ga julọ ti awọn ipinlẹ ti graphene lori 1B ni 0.3eV.
Ninu aworan 1D a le ri awọn be ti nikan-Layer graphene, ibi ti oyin afara ati moire superstructure*.
Àgbékalẹ̀ àrà ọ̀tọ̀* - ẹya kan ti igbekalẹ ti yellow crystalline kan ti o tun ṣe ni aarin kan ati nitorinaa ṣẹda igbekalẹ tuntun pẹlu akoko yiyan ti o yatọ.
Moire* - superposition ti awọn ilana apapo igbakọọkan meji lori oke ti ara wọn.
Ni awọn iwọn otutu kekere, idagba nyorisi dida dendritic ati awọn ibugbe graphene aibuku. Nitori awọn ibaraenisepo alailagbara laarin graphene ati sobusitireti ti o wa ni abẹlẹ, titete iyipo ti graphene pẹlu ọwọ si Ag(111) ti o wa labẹ ko jẹ alailẹgbẹ.
Lẹhin iṣipopada boron, ṣe ayẹwo airi airi tunneling (1E) ṣe afihan wiwa apapo ti borophene ati awọn ibugbe graphene. Paapaa ti o han ni aworan ni awọn agbegbe inu graphene, eyiti a ṣe idanimọ nigbamii bi graphene intercalated pẹlu borophene (itọkasi ninu aworan naa. Gr/B). Awọn eroja laini ti o wa ni itọnisọna ni awọn itọnisọna mẹta ati ti o yapa nipasẹ igun kan ti 120 ° tun han kedere ni agbegbe yii (awọn itọka ofeefee).
Aworan #2
Fọto lori 2Afẹran 1E, jẹrisi ifarahan awọn ibanujẹ dudu ti agbegbe ni graphene lẹhin ifisilẹ boron.
Lati le ṣe ayẹwo awọn igbekalẹ wọnyi daradara ki o rii ipilẹṣẹ wọn, aworan miiran ni a ya ti agbegbe kanna, ṣugbọn lilo awọn maapu |dlnI/dz| (2B), nibo I - lọwọlọwọ oju eefin, d ni iwuwo, ati z - Iyapa-ayẹwo ayẹwo (aafo laarin abẹrẹ microscope ati ayẹwo). Lilo ilana yii jẹ ki o ṣee ṣe lati gba awọn aworan pẹlu ipinnu aaye giga. O tun le lo CO tabi H2 lori abẹrẹ maikirosikopu fun eyi.
Aworan 2C jẹ aworan ti a gba ni lilo STM ti o jẹ ti a bo pẹlu CO. Lafiwe awọn aworan А, В и С fihan pe gbogbo awọn eroja atomiki ti wa ni asọye bi awọn hexagons didan itosi mẹta ti o tọka si awọn itọnisọna meji ti ko ni deede (awọn igun pupa ati ofeefee ni awọn fọto).
Awọn aworan agbegbe ti o gbooro (2D) jẹrisi pe awọn eroja wọnyi wa ni adehun pẹlu boron dopant impurities, ti o gba awọn sublatices graphene meji, gẹgẹbi itọkasi nipasẹ awọn ẹya ti o ga julọ.
CO ti a bo ti abẹrẹ maikirosikopu jẹ ki o ṣee ṣe lati ṣafihan igbekalẹ jiometirika ti dì borophene (2E), eyiti kii yoo ṣeeṣe ti abẹrẹ naa ba jẹ boṣewa (irin) laisi bora CO.
Aworan #3
Ṣiṣeto awọn oju-ọna heteroin ita laarin borophene ati graphene (3A) yẹ ki o waye nigbati borophene dagba lẹgbẹẹ awọn ibugbe graphene ti o ni boron tẹlẹ ninu.
Awọn onimo ijinlẹ sayensi leti pe awọn oju-ọna heterointerface ti ita ti o da lori graphene-hBN (graphene + boron nitride) ni aitasera lattice, ati awọn heterojunctions ti o da lori awọn dichalcogenides irin iyipada ni ibamu aitasera. Ninu ọran ti graphene/borophene, ipo naa yatọ diẹ - wọn ni ibajọra igbekalẹ ti o kere ju ni awọn ofin ti awọn itọsi lattice tabi ami-ami gara. Sibẹsibẹ, pelu eyi, ita graphene / borophene heterointerface ṣe afihan aitasera atomiki pipe, pẹlu awọn itọnisọna boron (B-row) ti o ni ibamu pẹlu awọn itọnisọna zigzag (ZZ) ti graphene (3A). Tan 3B Aworan ti o ga julọ ti agbegbe ZZ ti oju wiwo heteroin ti han (awọn ila buluu tọkasi awọn eroja interfacial ti o baamu si awọn ifunmọ covalent boron-carbon).
Niwọn igba ti borophene n dagba ni iwọn otutu kekere ti akawe si graphene, awọn egbegbe ti agbegbe graphene ko ṣeeṣe lati ni iṣipopada giga nigbati o ba ṣẹda oju wiwo heteroin pẹlu borophene. Nitorinaa, oju wiwo heterointeroin gangan ti o fẹrẹẹ jẹ abajade ti awọn atunto oriṣiriṣi ati awọn abuda ti awọn iwe adehun boron multisite. Ṣiṣayẹwo awọn iwo oju iwo oju eefin spectroscopy (3C) ati adaṣe oju eefin iyatọ (3D) fihan pe iyipada itanna lati graphene si borophene waye lori ijinna ti ~ 5 Å laisi awọn ipinlẹ wiwo ti o han.
Ninu aworan 3E Ti a fihan ni iwoye iwoye iwoye iwoye iwoye mẹta ti o ya pẹlu awọn laini fifọ mẹta ni 3D, eyiti o jẹrisi pe iyipada itanna kukuru yii jẹ aibikita si awọn ẹya interfacial agbegbe ati pe o jẹ afiwera si iyẹn ni awọn atọkun borophene-fadaka.
Aworan #4
Graphene ibaṣepọ* tun ti ṣe iwadi lọpọlọpọ tẹlẹ, ṣugbọn iyipada ti awọn intercalants sinu awọn iwe 2D otitọ jẹ toje.
Ibaṣepọ* - ifisi iparọ ti moleku tabi ẹgbẹ awọn ohun elo laarin awọn ohun elo miiran tabi awọn ẹgbẹ ti awọn ohun elo.
Radiọsi atomiki kekere ti boron ati ibaraenisepo alailagbara laarin graphene ati Ag(111) daba pe o ṣee ṣe intercaration ti graphene pẹlu boron. Ninu aworan 4A Ẹri ni a gbekalẹ kii ṣe ti intercalation boron nikan, ṣugbọn tun ti dida awọn idawọle heterostructures borophene-graphene inaro, paapaa awọn ibugbe onigun mẹta ti o yika nipasẹ graphene. Oyinbo oyin ti a ṣe akiyesi lori agbegbe onigun mẹta yii jẹrisi wiwa graphene. Sibẹsibẹ, graphene yii ṣe afihan iwuwo agbegbe kekere ti awọn ipinlẹ ni -50 meV ni akawe si graphene agbegbe (4B). Ti a ṣe afiwe si graphene taara lori Ag(111), ko si ẹri ti iwuwo agbegbe ti o ga ti awọn ipinlẹ ni iwoye. dI/dV (4C, buluu ti tẹ), ti o baamu si ipo oju-aye Ag (111), jẹ ẹri akọkọ ti intercalation boron.
Paapaa, bi o ti ṣe yẹ fun isọpọ apakan, graphene lattice duro lemọlemọfún jakejado wiwo ita laarin graphene ati agbegbe onigun mẹta (4D - ni ibamu si agbegbe onigun lori 4A, ti a yika ni laini aami pupa). Aworan ti o nlo CO lori abẹrẹ maikirosikopu tun jẹrisi wiwa awọn aimọ aropo boron (4E - ni ibamu si agbegbe onigun lori 4A, ti a yika ni laini aami ofeefee).
Awọn abẹrẹ maikirosikopu laisi eyikeyi ibora ni a tun lo lakoko itupalẹ. Ni ọran yii, awọn ami ti awọn eroja laini onisẹpo kan pẹlu igbakọọkan ti 5 Å ni a fihan ni awọn agbegbe graphene intercalated (4F и 4G). Awọn ẹya onisẹpo kan wọnyi dabi awọn ori ila boron ninu awoṣe borophene. Ni afikun si ṣeto awọn aaye ti o baamu si graphene, Fourier yipada ti aworan sinu 4G ṣe afihan awọn aaye orthogonal meji ti o baamu si lattice onigun 3 Å x 5 Å (4H), eyiti o wa ni adehun ti o dara julọ pẹlu awoṣe borophene. Ni afikun, iṣalaye mẹta ti a ṣe akiyesi ti titobi awọn eroja laini (1E) gba daradara pẹlu eto ti o bori kanna ti a ṣe akiyesi fun awọn iwe borophene.
Gbogbo awọn akiyesi wọnyi ni iyanju ni iyanju intercalation ti graphene nipasẹ borophene nitosi awọn egbegbe Ag, eyiti o yori si dida idasile borophene –graphene heterostructures inaro, eyiti o le ni anfani ni anfani nipasẹ jijẹ agbegbe ibẹrẹ ti graphene.
4I jẹ aṣoju sikematiki ti inaro heterostructure lori 4H, nibiti itọsọna ti ọna boron (ọfa Pink) ti wa ni ibamu ni pẹkipẹki pẹlu itọsọna zigzag ti graphene (ọfa dudu), nitorinaa ṣe agbekalẹ heterostructure inaro ti o ni iwọn iyipo.
Fun imọran alaye diẹ sii pẹlu awọn nuances ti iwadi naa, Mo ṣeduro wiwo и fún un.
Imudaniloju
Iwadi yii fihan pe borophene ni agbara pupọ lati ṣe agbekalẹ ita ati inaro heterostructures pẹlu graphene. Iru awọn ọna ṣiṣe le ṣee lo ni idagbasoke awọn iru tuntun ti awọn eroja onisẹpo meji ti a lo ninu nanotechnology, rọ ati ẹrọ itanna wearable, ati awọn iru tuntun ti semikondokito.
Awọn oniwadi funrararẹ gbagbọ pe idagbasoke wọn le jẹ titari agbara siwaju fun awọn imọ-ẹrọ ti o ni ibatan si itanna. Bí ó ti wù kí ó rí, ó ṣì ṣòro láti sọ ní ìdánilójú pé ọ̀rọ̀ wọn yóò di àsọtẹ́lẹ̀. Ni akoko yii, ọpọlọpọ tun wa lati ṣe iwadii, loye ati ṣẹda ki awọn imọran itan-akọọlẹ imọ-jinlẹ wọnyẹn ti o kun awọn ọkan ti awọn onimọ-jinlẹ di otitọ ni kikun.
O ṣeun fun kika, duro iyanilenu ati ki o ni kan nla ọsẹ buruku. 🙂
O ṣeun fun gbigbe pẹlu wa. Ṣe o fẹran awọn nkan wa? Ṣe o fẹ lati rii akoonu ti o nifẹ si diẹ sii? Ṣe atilẹyin fun wa nipa gbigbe aṣẹ tabi iṣeduro si awọn ọrẹ, ẹdinwo 30% fun awọn olumulo Habr lori afọwọṣe alailẹgbẹ ti awọn olupin ipele-iwọle, eyiti a ṣẹda nipasẹ wa fun ọ: (wa pẹlu RAID1 ati RAID10, to awọn ohun kohun 24 ati to 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 igba din owo? Nikan nibi ni Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - lati $99! Ka nipa
orisun: www.habr.com