Толщина менее нанометра, прочнее и универсальнее, чем сталь

Ученые создают стабильные нанолисты, содержащие атомы бора и водорода, с потенциальным применением в наноэлектронике и квантовых информационных технологиях.


Что тоньше тонкого? Один из ответов — двумерные — экзотические научные материалы с длиной и шириной, но толщиной всего один или два атома. Они предлагают возможность беспрецедентного повышения производительности электронных устройств, солнечных элементов, батарей и медицинского оборудования.

В сотрудничестве с Северо-Западным университетом и Университетом Флориды ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики сообщают в журнале Science о прорыве с использованием двумерного материала под названием борофан, листа бора и водорода толщиной всего два атома.

Одним из самых захватывающих достижений в области материаловедения за последние десятилетия стал двумерный лист углерода (графен), который имеет толщину в один атом и в 200 раз прочнее стали. Не менее многообещающий и новый материал представляет собой лист бора толщиной в атом, называемый борофеном, с буквой «е». Многопрофильная группа, в которую входят исследователи из Аргоннского центра наноразмерных материалов (Научно-исследовательский центр Министерства энергетики США), впервые синтезировала борофен в 2015 году.

В то время как графен представляет собой просто один атомный слой из множества одинаковых слоев в обычном материале графите, борофен не имеет эквивалентной исходной структуры и его очень сложно приготовить. Более того, быстрая реакция борофена с воздухом означает, что он очень нестабилен и легко меняет форму.

«Борофен сам по себе вызывает множество проблем», — сказал Марк Херсам, профессор материаловедения и инженерии Северо-Западного университета. «Но когда мы смешиваем борофен с водородом, продукт внезапно становится намного более стабильным и привлекательным для использования в растущих областях наноэлектроники и квантовых информационных технологий».

Исследовательская группа вырастила борофен на серебряной подложке, а затем подвергла его воздействию водорода с образованием борофана. Затем они раскрыли сложную структуру борофана, объединив сканирующий туннельный микроскоп с алгоритмом на основе компьютерного зрения, который сравнивает теоретические модели структур с экспериментальными измерениями. Компьютерное зрение — это отрасль искусственного интеллекта, которая обучает высокопроизводительные интерпретировать и понимать визуальный мир.

Несмотря на то, что борофановый материал имеет толщину всего два атома, его структура довольно сложна из-за множества возможных расположений атомов бора и водорода. «Мы решили серьезную проблему в определении атомных структур по изображениям с помощью сканирующей туннельной микроскопии и компьютерному моделированию в атомном масштабе с помощью компьютерного зрения», — сказала Мария Чан из Аргонны, наноученый из Центра наноразмерных материалов. Учитывая успех в разгадывании этой сложной структуры, автоматизированная аналитическая методика команды должна быть применима для идентификации других сложных наноструктур в будущем.

«Что действительно обнадеживает в наших результатах, так это то, что мы обнаружили, что борофановый нанолист на серебряной подложке достаточно стабилен, в отличие от борофена», — сказал Пьер Даранце, наноученый из Центра наноразмерных материалов Аргонна. «Это означает, что его следует легко интегрировать с другими материалами при создании новых устройств для оптоэлектроники, устройств, сочетающих свет с электроникой». Такие светоизлучающие и светоизлучающие устройства могут использоваться в телекоммуникациях, медицинском оборудовании и т. Д.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments