En ultimativ endimensionel elektronisk kanal i sekskantet bornitrid

Inden for 2-D elektronik, normen plejede at være, at grafen er hovedpersonen, og hexagonalt bornitrid (hBN) er dets isolerende passive støtte. Forskere fra Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) i Institute for Basic Science (IBS, Sydkorea) gjorde en opdagelse, der kunne ændre rollen for hBN. De har rapporteret, at stabling af ultratynde ark af hBN på en bestemt måde skaber en ledende grænse med nul båndgab. Med andre ord, det samme materiale kunne blokere strømmen af ​​elektroner, som en god isolator, og også lede elektricitet et bestemt sted. Udgivet i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , dette resultat forventes at øge interessen for hBN ved at give det en mere aktiv del i 2-D elektronik.

På samme måde som grafen, hBN er et 2-D materiale med høj kemisk, mekanisk og termisk stabilitet. hBN-plader ligner en hønsenet, og er lavet af sekskantede ringe af alternerende bor- og nitrogenatomer, stærkt bundet sammen. Imidlertid, i modsætning til grafen, hBN er en isolator med et stort båndgab på mere end fem elektronvolt, hvilket begrænser dens anvendelser.

"I modsætning til det brede spektrum af foreslåede anvendelser for grafen, hexagonalt bornitrid betragtes ofte som et inert materiale, stort set begrænset som substrat eller elektronbarriere for 2-D materialebaserede enheder. Da vi begyndte denne forskning, vi var overbeviste om, at reduktion af båndgabet af hBN kunne give dette materiale grafens alsidighed, " siger den første forfatter, Hyo Ju Park.

Adskillige forsøg på at sænke båndgabet af hBN har for det meste været ineffektive på grund af dets stærke kovalente bor-nitrogen-bindinger og kemiske inerthed. IBS-forskere i samarbejde med kolleger fra Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Sejong University, Korea, og Nanyang Teknologiske Universitet, Singapore, formået at producere en bestemt stablingsgrænse af nogle få hBN-lag med et båndgab på nul elektronVolt.

Afhængigt af hvordan hBN-arkene stables op, materialet kan antage forskellige konfigurationer. For eksempel, i den såkaldte AA'-ordning, atomerne i et lag er rettet direkte på toppen af ​​atomer i et andet lag, men på hinanden følgende lag roteres således, at bor er placeret på nitrogen og nitrogen på bor atomer. I en anden type layout, kendt som AB, halvdelen af ​​atomerne i et lag ligger direkte over midten af ​​de sekskantede ringe på det nederste ark, og de andre atomer overlapper med atomerne nedenunder.

For første gang, holdet har rapporteret atomisk skarpe AA'/AB-stablingsgrænser dannet i få-lags hBN dyrket ved kemisk dampaflejring. Karakteriseret af en linje af aflange sekskantede ringe, denne specifikke grænse har nul båndgab. For at bekræfte dette resultat, forskningen udførte adskillige simuleringer og tests via transmissionselektronmikroskopi, tæthedsfunktionsteoretiske beregninger, og ab initio molekylær dynamik simuleringer.

"En atomisk ledende kanal udvider anvendelsesområdet for bornitrid uendeligt, og åbner nye muligheder for alle-hBN eller alle 2-D nanoelektroniske enheder, " påpeger den tilsvarende forfatter Zonghoon Lee.