Nano-hybridmaterialer skaber magnetisk effekt

At udvikle nye materialer fra atomerne op går hurtigere, når nogle af forsøg og fejl elimineres. En ny Rice University og Montreal Polytechnic undersøgelse har til formål at gøre det for grafen og bornitridhybrider.

Rismaterialeforsker Rouzbeh Shahsavari og Farzaneh Shayeganfar, en postdoktor ved Montreal Polytechnic, designet computersimuleringer, der kombinerer grafen, den atom-tykke form af kulstof, med enten carbon- eller bornitrid -nanorør.

Deres håb er, at sådanne hybrider kan udnytte de bedste aspekter af deres bestanddele. At definere egenskaberne ved forskellige kombinationer ville forenkle udviklingen for producenter, der ønsker at bruge disse eksotiske materialer i næste generations elektronik. Forskerne fandt ikke kun elektroniske, men også magnetiske egenskaber, der kunne være nyttige.

Deres resultater fremgår af journalen Kulstof .

Shahsavaris laboratorium undersøger materialer for at se, hvordan de kan gøres mere effektive, funktionel og miljøvenlig. De inkluderer makroskala materialer som cement og keramik samt nanoskala hybrider med unikke egenskaber.

"Uanset om det er på makro- eller mikroskala, hvis vi specifikt kan vide, hvad en hybrid vil gøre, før nogen går på besvær med at fremstille den, vi kan spare omkostninger og tid og muligvis muliggøre nye ejendomme, der ikke er mulige med nogen af ​​bestanddelene, "Sagde Shahsavari.

Hans laboratories computermodeller simulerer, hvordan atomernes iboende energier påvirker hinanden, når de binder sig til molekyler. Til det nye arbejde, forskerne modellerede hybridstrukturer af grafen- og kulnanorør og af grafen- og bornitridnanorør.

"Vi ville undersøge og sammenligne de elektroniske og potentielt magnetiske egenskaber ved forskellige forbindelseskonfigurationer, herunder deres stabilitet, elektroniske båndgab og ladningsoverførsel, "sagde han." Derefter designede vi tre forskellige nanostrukturer med forskellig krydsgeometri. "

To var hybrider med grafenlag, der sømløst blev forbundet med kulnanorør. Den anden var ens, men for første gang, de modellerede en hybrid med bornitrid nanorør. Hvordan pladerne og rørene fusionerede, bestemte hybridens egenskaber. De byggede også versioner med nanorør placeret mellem grafenlag.

Grafen er en perfekt leder, når dens atomer flugter som sekskantede ringe, men materialet bliver anstrengt, når det deformeres for at rumme nanorør i hybrider. Atomerne balancerer deres energier ved disse kryds ved at danne fem-, syv- eller otte-mands ringe. Disse fremkalder alle ændringer i måden, hvorpå elektricitet strømmer over krydsene, gør hybridmaterialet til en værdifuld halvleder.

Forskernes beregninger gav dem mulighed for at kortlægge en række effekter. For eksempel, det viste sig, at krydset i hybridsystemet skaber pseudomagnetiske felter.

"Det pseudomagnetiske felt på grund af belastning blev tidligere rapporteret for grafen, men ikke disse hybridbornitrid- og kulstofnanostrukturer, hvor belastningen er iboende for systemet, "Sagde Shahsavari. Han bemærkede, at effekten kan være nyttig i spintronic- og nano-transistor-applikationer.

"Det pseudomagnetiske felt får ladningsbærere i hybriden til at cirkulere som under påvirkning af et påført eksternt magnetfelt, "sagde han." Således i betragtning af den ekstraordinære fleksibilitet, styrke og varmeledningsevne af hybridcarbon- og bornitridsystemer, Vi foreslår, at det pseudomagnetiske felt kan være en levedygtig måde at kontrollere den elektroniske struktur af nye materialer på. "

Alle effekter fungerer som en køreplan for applikationer til nanoengineering, Sagde Shahsavari.

"Vi lægger grundlaget for en række afstembare hybridarkitekturer, især for bornitrid, som er lige så lovende som grafen, men meget mindre udforsket, "sagde han." Forskere har studeret kulstofstrukturer i årevis, men udviklingen af ​​bornitrid og andre todimensionelle materialer og deres forskellige kombinationer med hinanden giver os et rigt sæt muligheder for design af materialer med aldrig set tidligere egenskaber. "

Shahsavari er adjunkt i civil- og miljøteknik og materialevidenskab og nanoengineering.