Fluor gir hvit grafen nye krefter: Forskere slår felles isolator inn i en magnetisk halvleder

Calling All Cars: Cop Killer / Murder Throat Cut / Drive 'Em Off the Dock (Kan 2019).

Anonim

En liten fluor slår et isolerende keramikk kjent som hvitt grafen inn i en brede bandgap halvleder med magnetiske egenskaper. Rice University forskere sa at det kunne gjøre det unike materialet egnet for elektronikk i ekstreme miljøer.

Et bevis på konseptpapir fra Riceforskere viser en måte å snu todimensjonalt sekskantet nitrid (H-BN) - aka white graphene - fra en isolator til en halvleder. Magnetismen, sa de, er en uventet bonus.

Fordi det atomelt tynne materialet er en eksepsjonell leder av varme, antydet forskerne at det kan være nyttig for elektronikk i høy temperatur applikasjoner, kanskje til og med som magnetiske minneenheter.

Funnet vises denne uken i Science Advances.

"Bornitrid er en stabil isolator og er kommersielt meget nyttig som et beskyttende belegg, selv i kosmetikk, fordi det absorberer ultrafiolett lys, " sa Rice Materials forsker Pulickel Ajayan, hvis laboratorium ledet studien. "Det har vært mye arbeid for å prøve å endre sin elektroniske struktur, men vi trodde ikke det kunne bli både en halvleder og et magnetisk materiale.

"Så dette er noe ganske annerledes, ingen har sett denne typen oppførsel i bornitrid før, " sa han.

Forskerne fant at tilsetning av fluor til h-BN introduserte defekter i atommatrisen som reduserte bandgapet nok til å gjøre det til en halvleder. Bandgapet bestemmer elektrisk ledningsevne for et materiale.

"Vi så at gapet minker med ca 5 prosent fluor, " sa Rice postdoktorale forsker og medforfatter Chandra Sekhar Tiwary. Spaltet blir mindre med ytterligere fluorering, men bare til et punkt. "Kontroller nøyaktig fluorering er noe vi trenger å jobbe med. Vi kan få intervaller, men vi har ikke perfekt kontroll ennå. Fordi materialet er atomisk tynt, endres et atom mindre eller mer ganske mye.

"I det neste settet av eksperimenter vil vi lære å stille det nøyaktig, atom for atom, " sa han.

De bestemte seg for at spenningen som ble brukt ved å invadere fluoratomer, forandret "spin" av elektroner i nitrogenatomene og påvirket deres magnetiske øyeblikk, den spøkelseskvalitet som bestemmer hvordan et atom vil reagere på et magnetfelt som et usynlig, nanoskala kompass.

"Vi ser vinkelorienterte spinn, som er veldig ukonvensjonelle for 2-D-materialer, " sa Rice-kandidatstudent og lederforfatter Sruthi Radhakrishnan. I stedet for å justere for å danne ferromagneter eller avbryte hverandre, spinnene er tilfeldig vinklet, noe som gir det platte materialet tilfeldige lommer av nettmagnetisme. Disse ferromagnetene eller anti-ferromagnetlommer kan eksistere i samme svamp av h-BN, noe som gjør dem til "frustrerte magneter" med konkurrerende domener.

Forskerne sa at deres enkle, skalerbare metode kan potensielt brukes på andre 2-D-materialer. "Å lage nye materialer gjennom nanoengineering er akkurat hva vår gruppe handler om, " sa Ajayan.

Medforfattere av papiret er kandidatstudenter Carlos de los Reyes og Zehua Jin, kjemiforeleser Lawrence Alemany, postdoktoralforsker Vidya Kochat og Angel Martí, lektor i kjemi, bioteknologi og materialvitenskap og nanoengineering, alt av Ris; Valery Khabashesku of Rice og Baker Hughes senter for teknologiinnovasjon, Houston; Parambath Sudeep of Rice og University of Toronto; Deya Das, Atanu Samanta og Rice alumnus Abhishek Singh fra Indisk institutt for vitenskap, Bangalore; Liangzi Deng og Ching-Wu Chu fra University of Houston; Thomas Weldeghiorghis av Louisiana State University og Ajit Roy fra Air Force Research Laboratories på Wright-Patterson Air Force Base.

Ajayan er leder av Rice's Department of Materials Science og NanoEngineering, Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson Professor i ingeniørfag og en professor i kjemi.

menu
menu