Forskere danner fladt tellur

På den måde, tingene ofte sker i videnskaben, Amey Apte ledte ikke efter todimensionelt tellur, mens hun eksperimenterede med materialer på Rice University. Men der var det.

"Det er som om jeg prøvede at finde en krone og i stedet fandt en dollar, " han sagde.

Apte og hans kolleger lavede tellur, et sjældent metal, til en film, der er mindre end en nanometer (en milliardtedel af en meter) tyk ved at smelte et pulver af grundstoffet ved høj temperatur og blæse atomerne ud på en overflade. Han sagde, at det resulterende materiale, tellurene, viser løfte for næste generation, nær-infrarøde solceller og andre optoelektroniske applikationer, der er afhængige af manipulation af lys.

Den slanke jackpot er beskrevet i 2D Materials.

"Jeg prøvede at dyrke et overgangsmetal dichalcogenid, wolfram ditellurid, men fordi wolfram har et højt smeltepunkt var det svært, " sagde Apte, en kandidatstuderende i Rice-laboratoriet af materialeforsker Pulickel Ajayan og medforfatter af papiret. "Men jeg observerede nogle andre film, der fangede min interesse."

De andre film viste sig at være ultratynde krystaller af rent tellur. Yderligere eksperimenter fik forskerne til at skabe det nye materiale i to former:En stor, ensartet film på omkring 6 nanometer tyk, der dækkede en kvadratcentimeter overflade, og en film med tre atomer, der målte mindre end en nanometer tyk.

"Overgangsmetal dichalcogenider er i høj kurs i disse dage, men det er alle sammensatte 2D-materialer, "Ajayan sagde. "Dette materiale er et enkelt element og viser lige så meget strukturel rigdom og variation som en forbindelse, så 2D tellur er interessant fra både et teoretisk og eksperimentelt synspunkt. Enkeltelement kalkogen lag af atomart tyndhed ville være interessant, men er ikke blevet undersøgt meget."

Billeder taget med Rice's kraftige elektronmikroskop viste, at atomlagene havde arrangeret sig præcist som teori forudsagde, som grafenlignende sekskantede plader lidt forskudt i forhold til hinanden. Telurene, lavet i en 650 grader Celsius (1, 202-graders Fahrenheit) ovn ved at smelte bulk tellurpulver, syntes også at være forsigtigt spændt på en måde, der subtilt ændrer forholdet mellem atomerne på hvert lag.

"På grund af det, vi ser forskellige polytyper, hvilket betyder, at materialets krystalstruktur forbliver den samme, men atomarrangementet kan variere baseret på, hvordan lagene er stablet, " sagde Apte. "I dette tilfælde, de tre polytyper, vi ser under mikroskopet, matcher teoretisk forudsagte strukturer og har helt forskellige gitterarrangementer, der giver hver fase forskellige egenskaber."

"Anisotropien i planet betyder også, at egenskaberne ved optisk absorption, transmission eller elektrisk ledningsevne vil være forskellig i de to hovedretninger, " sagde Rice kandidatstuderende og medforfatter Elizabeth Bianco. "For eksempel, telluren kan vise elektrisk ledning op til tre størrelsesordener højere end molybdændisulfid, og det ville være nyttigt inden for optoelektronik."

Tykkere tellurfilm blev også fremstillet under vakuum ved stuetemperatur via pulseret laseraflejring, som sprængte atomer fra bulk og tillod dem at danne en stabil film på en magnesiumoxidoverflade.

Telluren kunne have topologiske egenskaber med potentielle fordele for spintronik og magnetoelektronik. "Telluratomer er meget tungere end kulstof, " sagde Apte. "De viser et fænomen kaldet spin-orbit kobling, som er meget svag i lettere elementer, og giver mulighed for meget mere eksotisk fysik som topologiske faser og kvanteeffekter."

"Det fascinerende ved telluren, der adskiller det fra andre 2D-materialer, er dets unikke krystallinske struktur og høje smeltetemperatur, " sagde medforfatter Ajit Roy, materialeforsker ved Air Force Research Laboratory ved Wright-Patterson Air Force Base i Dayton, Ohio. "Det gør os i stand til at udvide ydeevnen af ​​optoelektronik, termoelektriske og andre tyndfilmsenheder."