Forskere producerer 2-D ark af tinatomer

Fordelene ved grafen, et 2D-ark af kulstofatomer, er veletablerede. I dens kølvand er der fulgt et væld af post-grafenmaterialer - strukturelle analoger af grafen lavet af elementer som silicium eller germanium.

Nu, et internationalt forskerhold ledet af Nagoya University (Japan), der involverer Aix-Marseille University (Frankrig), Max Planck-instituttet i Hamborg (Tyskland) og universitetet i Baskerlandet (Spanien) har afsløret den første virkelig plane prøve af stanen-enkeltplader af tin (Sn)-atomer. Planar stanene er varmt tippet som en ekstraordinær elektrisk leder til højteknologi.

Ligesom grafen adskiller sig fra almindelig grafit, så opfører stanene sig meget anderledes end ydmygt tin i bulkform. På grund af relativt stærke spin-kredsløbsinteraktioner for elektroner i tunge grundstoffer, enkeltlags tin forventes at være en "topologisk isolator, " også kendt som en quantum spin Hall (QSH) isolator. Materialer i denne bemærkelsesværdige klasse er elektrisk isolerende i deres indre, men har meget ledende overflader/kanter. Det her, i teorien, gør en enkeltlags topologisk isolator til et ideelt ledningsmateriale til nanoelektronik. I øvrigt, de stærkt ledende kanaler ved kanterne af disse materialer kan bære specielle chirale strømme med spin låst med transportretninger, hvilket gør dem ideelle til spintronics-applikationer.

I tidligere undersøgelser, hvor stanen blev dyrket på substrater af vismuttellurid eller antimon, tinlagene viste sig at være stærkt bukkede og relativt uhomogene. Nagoya-holdet valgte i stedet sølv (Ag) som deres vært – specifikt, Ag(111) krystalfacetten, hvis gitterkonstant er lidt højere end fritstående stanen, fører til dannelsen af ​​et fladtrykt tin monolag i et stort område, et skridt tættere på skalerbare industrielle applikationer.

Individuelle tinatomer blev langsomt aflejret på sølv i en proces kendt som epitaksial vækst. Afgørende, stanenlaget dannedes ikke direkte ovenpå sølvoverfladen. I stedet, som vist ved kerne-niveau spektroskopi, det første trin var dannelsen af ​​en overfladelegering (Ag ₂ Sn) mellem de to arter. Derefter, endnu en omgang tinaflejring frembragte et lag af ren, højkrystallinsk stanen oven på legeringen. Tunnelmikroskopi viser slående billeder af et honeycomb-gitter af tinatomer, illustrerer den sekskantede struktur af stanen.

Legeringen garanterede fladheden af ​​tinlaget, som bekræftet af tæthedsfunktionelle teoriberegninger. Junji Yuhara, hovedforfatter til en artikel af teamet offentliggjort i 2-D materialer , siger, "Stanene følger den krystallinske periodicitet af Ag ₂ Sn overflade legering. Derfor, i stedet for at bukke, som det ville isoleret set, stanenlaget flader ud - på bekostning af en lille belastning - for at maksimere kontakten med legeringen nedenunder."
.
Denne indbyrdes stabilisering mellem stenene og værten holder ikke kun stenlagene upåklageligt flade, men lader dem vokse til imponerende størrelser på omkring 5, 000 kvadrat nanometer.

Planar stanene har spændende muligheder inden for elektronik og databehandling. "QSH -effekten er temmelig delikat, og de fleste topologiske isolatorer viser det kun ved lave temperaturer, " ifølge projektteamleder Guy Le Lay ved Aix-Marseille Universitet. "Men, stanen forventes at antage en QSH-tilstand selv ved stuetemperatur og derover, især når de er funktionaliseret med andre elementer. I fremtiden, vi håber at se stanene indgå i partnerskab med silicen i computerkredsløb. Denne kombination kunne drastisk fremskynde beregningseffektiviteten, selv sammenlignet med den nuværende banebrydende teknologi."