Forskere skaber den første superatomiske 2-D halvleder

Atomer er de grundlæggende byggesten i alt stof - i det mindste, det er det konventionelle billede. I en ny undersøgelse, forskere har fremstillet den første superatomare 2-D halvleder, et materiale, hvis grundlæggende enheder ikke er atomer, men superatomer - atomare klynger, der udviser nogle af egenskaberne for et eller flere individuelle atomer. Forskerne forventer, at det nye materiale kun er det første medlem af, hvad der vil blive en ny familie af 2-D halvledere, hvis superatomiske strukturer i høj grad vil udvide mangfoldigheden, funktionalitet, og anvendelser af 2-D materialer.

Xinjue Zhong og medforfattere fra Columbia University i USA, CNR-ISTM og D3-CompuNet ved det italienske teknologiske institut i Italien, og CNRS UMR, Universitetet i Angers i Frankrig, har udgivet et papir om den første superatomare 2-D halvleder i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

"Dette arbejde åbner dørene til nye klasser af 2-D materialer med potentielt større tunerbarhed og kontrol over deres fysiske egenskaber, " fortalte medforfatter Xiaoyang Zhu ved Columbia University Phys.org .

Som forskerne forklarer i deres papir, feltet for 2-D materialer er stadig et meget ungt forskningsområde, og de fleste 2-D materialer har i øjeblikket relativt enkle strukturer. grafen, for eksempel, består af et enkelt lag af kulstofatomer. I modsætning, de bulkmaterialer, der studeres i faststofkemi, har en meget større variation af strukturel kompleksitet, hvilket har ført til et sortiment af elektriske, optisk, og magnetiske applikationer.

I den nye undersøgelse, forskerne viser, at design af 2D-materialer med en superatomisk struktur kan give en vej til at realisere større mangfoldighed og deraf følgende anvendelser. Selvom superatomiske materialer tidligere er blevet demonstreret i tre dimensioner, hidtil har det ikke været muligt at fremstille disse materialer i to dimensioner på grund af manglende kovalent binding mellem superatomerne.

Her, forskerne undersøgte et lidt undersøgt materiale kaldet Re ₆ Se ₈ Cl ₂ , første gang rapporteret i 1983. Deres analyse afslørede, at materialets struktur ikke består af lag af enkelte atomer som i grafen, men af ​​"pseudokvadratgitter af skrå klynger" karakteristisk for en superatomisk struktur.

I dette materiale, de superatomare klynger er forbundet med stærke kovalente bindinger, alligevel er interaktionerne mellem lag svage, hvilket gør det muligt at eksfoliere tynde plader af materialet og samtidig bevare dets superatomare struktur. Ved at bruge Scotch tape-metoden, forskerne producerede superatomiske flager med en tykkelse på omkring 15 nm, og arbejder i øjeblikket på at forberede monolagsflager.

Baseret på deres indledende test af de elektroniske og optiske egenskaber af Re ₆ Se ₈ Cl ₂ flager, forskerne forventer, at den unikke komplekse struktur af sådanne superatomare 2-D-halvledere vil tilbyde en lovende tilgang til realisering af 2-D-materialer med nye, justerbare egenskaber og funktionaliteter.

"Vi planlægger at udforske multifunktionalitet, kontrol af elektroniske og fononiske frihedsgrader, og stærkt korrelerede fysiske fænomener i disse nye 2-D halvledere, " sagde Zhu.

© 2018 Phys.org