Salt værd:Forskere rapporterer det første tilfælde af sekskantet NaCl

Skoltech- og MIPT-forskere har forudsagt og derefter eksperimentelt bekræftet eksistensen af ​​eksotiske sekskantede tynde film af NaCl på en diamantoverflade. Disse film kan være nyttige som gate-dielektrik til felteffekttransistorer i elektriske køretøjer og telekommunikationsudstyr. Forskningen, støttet af Russian Science Foundation, blev udgivet i The Journal of Physical Chemistry Letters .

Som grafen, det berømte todimensionelle kulstof, blev eksperimentelt forberedt og karakteriseret i 2004 af fremtidige nobelpristagere Andre Geim og Konstantin Novoselov, forskere begyndte at undersøge andre 2-D materialer med interessante egenskaber. Blandt disse er silicen, stanen og borophen - monolag af silicium, tin, og bor, henholdsvis – samt 2-D-lag af MoS ₂ , CuO, og andre forbindelser.

Skoltech Ph.D. studerende Kseniya Tikhomirova, Dr. Alexander Kvashnin fra Skoltech og professor Artem R. Oganov fra Skoltech og MIPT byggede sammen med deres kolleger på tidligere undersøgelser af tynde NaCl-film for at antage, at der eksisterer en usædvanlig nanometertyk sekskantet NaCl-film på (110) overfladen af ​​diamant.

"Oprindeligt besluttede vi kun at udføre en beregningsundersøgelse af dannelsen af ​​nye 2-D strukturer på forskellige substrater, drevet af den hypotese, at hvis et substrat interagerer stærkt med NaCl-tyndfilmen, man kan forvente store ændringer i strukturen af ​​den tynde film. Ja, vi opnåede meget interessante resultater og forudsagde dannelsen af ​​en sekskantet NaCl-film på diamantsubstratet, og besluttede at udføre eksperimenter. Tak til vores kolleger, der udførte eksperimenterne, vi syntetiserede denne sekskantede NaCl, hvilket beviser vores teori, " siger Kseniya Tikhomirova, avisens første forfatter.

Forskere brugte først USPEX, den evolutionære algoritme udviklet af Oganov og hans elever, at forudsige strukturer med den laveste energi baseret på blot de involverede kemiske grundstoffer. Efter at have forudsagt den sekskantede NaCl-film, de bekræftede dets eksistens ved at udføre eksperimentel syntese og karakterisering ved XRD (røntgendiffraktion) og SAED (selected area electron diffraction) målinger. Den gennemsnitlige tykkelse af NaCl-filmen var omkring 6 nanometer - en tykkere film ville vende tilbage fra sekskantet til kubisk struktur, typisk for det bordsalt, vi kender.

Forskere mener, at på grund af stærk binding til diamantsubstratet og et stort båndgab, hexagonal NaCl kan fungere godt som et gate-dielektrikum i diamant-FET'er - felteffekttransistorer, der viser potentiale til brug i elektriske køretøjer, radarer, og telekommunikationsudstyr. Nu bruger disse FET'er typisk hexagonalt bornitrid, som har lignende båndgab, men meget svagere binding til underlaget.

"Vores resultater viser, at området for 2D-materialer stadig er meget ungt, og videnskabsmænd har kun opdaget en lille del af mulige materialer med spændende egenskaber. Vi har en langvarig historie, der startede i 2014, da vi beskrev den måde, kubiske NaCl-tynde film kan opdeles i sekskantede grafenlignende lag. Dette viser, at denne enkle og almindelige forbindelse, tilsyneladende velundersøgt, gemmer på mange interessante fænomener, især i nanoskala. Dette arbejde er vores første skridt mod søgningen efter nye materialer som NaCl, men med bedre stabilitet (lavere opløselighed, højere termisk stabilitet, og så videre), som så effektivt kan bruges i mange applikationer inden for elektronik, " bemærker Alexander Kvashnin, seniorforsker ved Skoltech.

Dette arbejde bringer os tættere på at forstå, hvordan man kontrollerer udseendet og, som en konsekvens, egenskaberne af todimensionelle materialer ved hjælp af et substrat. Forskningen åbner også døren til flere 2D-materialer med potentielle anvendelser inden for elektronik og videre.