Phagraphene, en slægtning til grafen, opdaget

En gruppe videnskabsmænd fra Rusland, USA og Kina har forudsagt eksistensen af ​​et nyt todimensionelt kulstofmateriale via computergenereret simulering, en "patchwork" analog af grafen kaldet phagraphene. Resultaterne af deres undersøgelse blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

"I modsætning til grafen, en sekskantet bikagestruktur med kulstofatomer ved dets krydsninger, phagraphene består af penta-, sekskantede og sekskantede kulstofringe. Dens navn kommer fra en sammentrækning af Penta-Hexa-heptA-grafen, " siger Oganov, leder af MIPT Laboratory of Computer Design.

Todimensionelle materialer, sammensat af et et-atom-tykt lag, har tiltrukket sig stor opmærksomhed fra videnskabsmænd i de sidste par årtier. Det første af disse materialer, grafen, blev opdaget i 2004 af to MIPT-kandidater, Andre Geim og Konstantin Novoselov. I 2010 Geim og Novoselov blev tildelt Nobelprisen i fysik for den præstation.

På grund af dens todimensionelle struktur, grafen har helt unikke egenskaber. De fleste materialer kan overføre elektrisk strøm, når ubundne elektroner har en energi, der svarer til materialets ledningsbånd. Når der er et hul mellem rækken af ​​mulige elektronenergier, valensbåndet, og rækkevidden af ​​ledningsevne (den såkaldte forbudte zone), materialet fungerer som en isolator. Når valensbåndet og ledningsbåndet overlapper, den fungerer som dirigent, og elektroner kan bevæge sig under påvirkning af elektrisk felt.

I grafen, hvert kulstofatom har tre elektroner, der er bundet til elektroner i naboatomer, danner kemiske bindinger. Den fjerde elektron i hvert atom er "delokaliseret" gennem hele grafenarket, som tillader den at lede elektrisk strøm. På samme tid, den forbudte zone i grafen har nul bredde. Hvis du plotter elektronenergien og deres placering i grafform, du får en figur, der ligner et timeglas, altså to kegler forbundet med toppunkter. Disse er kendt som Dirac-kegler.

På grund af denne unikke tilstand, elektroner i grafen opfører sig meget mærkeligt:​​alle har en og samme hastighed (som kan sammenlignes med lysets hastighed), og de besidder ingen træghed. De ser ud til at have ingen masse. Og, ifølge relativitetsteorien, partikler, der bevæger sig med lysets hastighed, skal opføre sig på denne måde. Hastigheden af ​​elektroner i grafen er omkring 10 tusinde kilometer i sekundet (elektronhastigheder i en typisk leder varierer fra centimeter op til hundredvis af meter i sekundet).

Phagraphene, opdaget af Oganov og hans kolleger ved brug af USPEX-algoritmen, samt grafen, er et materiale, hvori Dirac-kegler forekommer, og elektroner opfører sig på samme måde som partikler uden masse.

"I phagraphene, på grund af det forskellige antal atomer i ringene, Dirac-keglerne er 'tilbøjelige'. Det er grunden til, at elektronernes hastighed i den afhænger af retningen. Dette er ikke tilfældet i grafen. Det ville være meget interessant til fremtidig praktisk brug at se, hvor det vil være nyttigt at variere elektronhastigheden, " forklarer Artyom Oganov.

Phagraphene besidder alle de andre egenskaber af grafen, der gør det muligt at betragte det som et avanceret materiale til fleksible elektroniske enheder, transistorer, solbatterier, displayenheder og mange andre ting.