Overvågning af udviklingen af ​​krystaldislokationer i et silicenark

Vi kan forestille os, at krystaller er perfekte strukturer, men de er, faktisk, ofte plaget af "defekter". Mærkeligt nok, sådanne defekter opstår ofte på grund af atomer, der gennemgår reorganisering for at sænke systemets energi og opnå stabilitet.

"Dislokationer kan i høj grad påvirke en krystals fysiske og kemiske egenskaber. Desuden de kan undergå "reaktioner", når f.eks. krystallen belastes eller atomer tilføjes til dens overflade. At studere, hvordan dislokationer reagerer kan, derfor, give afgørende indsigt i, hvordan man afhjælper disse krystaldefekter. Silicen på zirconiumdiborid (ZrB ₂ ) giver en perfekt testleje til det.

Denne todimensionelle form for silicium har en række dislokationer, som forsvinder, når få Si-atomer aflejres oven på den. Denne transformation, der undertrykker de høje energiomkostninger forårsaget af tilstedeværelsen af ​​ubundne Si-atomer på overfladen, kræver reaktion af fire dislokationer for at skabe det rum, der er nødvendigt for at rumme de aflejrede atomer i silicenarket. Da dette kræver bevægelse af et stort antal atomer og for at overvinde den frastødende interaktion mellem dislokationerne, denne transformation så meget usandsynlig ud ved første øjekast:Det er et veritabelt atomistisk puslespil, som skal løses for at integrere de aflejrede atomer, " siger seniorlektor Antoine Fleurence fra Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), Japan, der arbejder på 2D-materialer.

I en ny undersøgelse offentliggjort i 2D Materials, Dr. Fleurence og hans kollega, Prof. Yukiko Yamada-Takamura fra JAIST, overvåget ved hjælp af scanning tunneling microscopy (STM) udviklingen af ​​dislokationer i et silicenark i realtid efter aflejring af silicium (Si) atomer på det.

Gennem denne realtidsovervågning kunne det trick, som naturen brugte til at integrere de aflejrede Si-atomer og opnå en dislokationsfri silicenplade, bestemmes:silicenarket oplever en sekvens af dislokationsreaktioner, hvorunder integrationen af ​​Si-atomer i silicenarket finder sted . Lokalt "kerneholdige" enkeltdomæneøer forplanter sig derefter hen over hele silicenarket for til sidst at resultere i en dislokationsfri, enkelt domæne struktur.

"Oplysningerne om dislokationsdynamik, som denne undersøgelse giver, kan bruges til at finde løsninger til at helbrede strukturelle defekter i lignende 2D-materialer, grænseflader, og en bred vifte af nanomaterialer, " siger Dr. Fleurence.