Et nyt bibliotek af atom tynde 2-D materialer

National University of Singapore (NUS) forskere har skabt et helt nyt bibliotek af atomtynde, todimensionale (2-D) materialer, døbt "ic-2-D, "at betegne en klasse materialer baseret på selvinterkalering af native atomer i hullet mellem lagene af krystaller.

Atomisk tynde todimensionale (2-D) materialer tilbyder en glimrende platform til at udforske en lang række spændende egenskaber i begrænsede 2-D-systemer. Imidlertid, sammensætning af tuning af overgangsmetal dichalcogenider til fremstilling af andre materialer end standard binære eller ternære forbindelser er udfordrende. I fortiden, teoretikere har forsøgt at forudsige nye egenskaber baseret på at kombinere atomer til en krystalstruktur, hvor metal- og chalcogenatomer sidder på kovalent bundne steder i den grundlæggende byggesten (enhedscelle). Imidlertid, deres teorier adresserede ikke situationen, når det samme metalatom sidder mellem to enhedsceller (fylder van der Waals -hullet).

Nu, forskerhold ledet af prof Kian Ping LOH fra Institut for Kemi, Det Naturvidenskabelige Fakultet, NUS og samarbejdspartner Prof Stephen J. PENNYCOOK fra Institut for Materialevidenskab og Teknik, Ingeniør Fakultet, NUS, har syntetiseret og karakteriseret for første gang, et atlas af wafer-skala atomisk tynde ic-2-D materialer baseret på at indsætte de samme metalatomer mellem van der Waals hul mellem overgangsmetal dichalcogenider.

Ved at observere vækst under forhold, hvor metalatomerne overstiger chalcogenerne (f.eks. Svovl (S), selen (Se), Tellurium (Te)), over 10 forskellige typer ic-2-D materialer er eksperimentelt opdaget af teamet. Mere spændende, ferromagnetisme blev opdaget i nogle faser. Ud over, teoretiske beregninger med høj gennemstrømning viser, at selvinterkaleringsmetoden kan anvendes på en stor klasse 2-D-lagdelte materialer. Det betyder, at der er et nyt bibliotek med ic-2-D-materialer, der venter på at blive opdaget.

Prof Loh sagde, "Denne nye metode til konstruktion af sammensætningen af ​​en bred klasse af overgangsmetaldichalcogenider, tilbyder en kraftfuld tilgang til at transformere lagdelt 2-D materialer til ultratynde, kovalent bundne ic-2-D krystaller med ferromagnetiske egenskaber. Hovedprincippet er anvendelse af metalatomer med et højt kemisk potentiale til at danne drivkraften for interkalering under vækst. Denne teknik forventes at være kompatibel med de fleste materielle vækstmetoder. "

"Hvis vi splejser to lag overgangsmetaldichalcogenid lidt fra hinanden, vi kan se chalcogen -stederne have slots som en ægholder. Et andet lag metalatomer kan optage åbningerne på samme måde som vi kan arrangere æg i ægholderen. Dette er magien ved ic-2-D materialer, "tilføjede prof Pennycook.

Dr. ZHAO Xiaoxu, den første forfatter til papiret, opdaget og afsløret atomisk disse nye materialer ved hjælp af atomopløsnings scanningstransmissionselektronmikroskopi, og fandt ud af, at interkalerede metalatomer konsekvent indtager de oktaedriske ledige pladser inde i van der Waals -hullet, hvilket resulterer i tydelige topografiske mønstre afhængigt af interkalkoncentrationerne. På grund af den unikke toplogi, ferromagnetismen kan induceres af dobbeltudvekslingsmekanismen, udløst af ladningsoverførslen fra interkaleret metal til uberørt metal.

Professor Loh kommenterede, "Med alsidighed i kompositionskontrol, vi har vist, at det er muligt at tune, i en klasse materialer, egenskaber, der kan variere fra ferromagnetisk til ikke-ferromagnetisk, og spin-frustrerede Kagome gitter. Denne opdagelse præsenterer et rigt landskab af ultratynde 2-D-materialer, der venter på yderligere opdagelse af nye ejendomme. "

Næste, holdene planlægger at indarbejde dette nye bibliotek af materialer i hukommelsesenheder, til praktiske anvendelser, og interkalere fremmede atomer ind i van der Waals-hullet og udnytte nye funktionaliserede ic-2-D-materialer.