Wissenschaftler identifizieren hunderte von atomar dünnen Materialien

Molybdändisulfid, eines der 2D-Materialien, von denen wir wussten.Enlarge / Molybdändisulfid, eines der uns bekannten 2D-Materialien about.NC State

Graphen mag wie ein modernes Wundermaterial erscheinen, aber es war es bei uns seit Ewigkeiten in Form von Graphit. Graphen ist ein Blatt aneinander gebundene Kohlenstoffatome, nur ein Atom dick; Graphit ist nur eine Agglomeration dieser Blätter übereinander geschichtet. Um Graphen zu studieren, brauchte es jedoch jemanden, der klug war, einen Weg zu finden von dieser Agglomeration einzelne Schichten abziehen (das Geheimnis Es stellte sich heraus, dass es sich um ein Stück Klebeband handelte.

Seitdem haben wir eine Handvoll zusätzlicher Chemikalien identifiziert das bilden Blätter, die ein paar Atome dick sind. Diese haben eine Vielzahl von Eigenschaften – einige sind Halbleiter und wurden mit ihnen kombiniert Graphen, um elektronische Geräte herzustellen. Erweiterung der Gerätepalette Wir können die Vorteile dieser atomar dünnen Materialien nutzen Materialien, wäre ein größerer Katalog von Chemikalien wie diese praktisch.

Nun sagt ein litauisch-schweizerisches Team, dass es genau das getan hat. Das Team hat Materialien wie Graphit gefunden: ein Schüttgut mit atomar dünne Schichten im Inneren versteckt.

Weitere Lektüre

Flash-Speicherchip aus einatomigen Bauteilen

Die Arbeit beruht stark darauf, dass andere Wissenschaftler ihre Erfahrungen geteilt haben Daten in offenen Repositories. Dazu gehören große Datenbanken, die enthalten die Struktur von Kristallen für eine Vielzahl von Chemikalien. Das Inorganic Crystal Structure Database zum Beispiel fast gehalten 100.000 einzigartige Kristallstrukturen, als diese Forschung durchgeführt wurde; die Crystallography Open Database weitere 90.000. Jedes von diesen Strukturen liefern die Details darüber, wie die Atome eines Materials sind im dreidimensionalen Raum angeordnet. Fast alle diese Materialien, es handelt sich jedoch um 3D mit einem sich wiederholenden Muster von Atomen, das sich bis zu dem erstreckt Kanten des Materials in alle Richtungen.

Keine typische Datenbanksuche

Die Autoren entwickelten Computercode, der durchsucht werden konnte die Strukturen für so etwas wie Graphit. Graphit ist stark chemische Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen jeder Schicht. Aber die Schichten werden durch eine relativ schwache elektrostatische Wechselwirkung zusammengehalten eine van der Waals-Kraft genannt. Während die van der Waals Kräfte sind genug, um das Material unter den meisten Bedingungen zusammenzuhalten schwach genug, um einzelne Schichten von der Masse abziehen zu können Graphit.

Also suchte die neue Software der Autoren nach etwas Ähnlichem: starke chemische Bindungen entlang einer Ebene und eine relativ schwache Nicht-chemische Wechselwirkung in einer Senkrechten. Dies verengte sich Die Situation hat sich dramatisch verschlechtert und das Team mit etwas mehr als 5.500 zurückgelassen Chemikalien zu berücksichtigen. Das Team setzte dann andere Software ein Berechnen Sie die Stärke der Anziehung zwischen benachbarten Blättern in das Material. Wenn diese Anziehungskraft zu stark ist, wird eine Schicht wahrscheinlich brechen statt abblättern oder abblättern. Während dieser eine Reihe von Chemikalien aus der Suche der Autoren beseitigt, dort waren noch mehr als 1.800 übrig.

In vielen Fällen waren die Materialien strukturell ähnlich der Positionen der Atome und der chemischen Bindungen zwischen ihnen. Beispielsweise ist Molybdändisulfid ein gut untersuchtes Beispiel für eine atomar dünnes Material, aber die Autoren identifizierten 13 zusätzliche Chemikalien, die ähnliche Strukturen bilden. Eine andere Struktur, Am Beispiel von Cadmiumdiindid wurden 64 verschiedene gefunden Chemikalien insgesamt. Während viele dieser Blätter am Ende sein würden Ähnlich verhalten sich die verschiedenen beteiligten Atome die Möglichkeit, dass einige davon ziemlich verschieden sein werden. Und ein paar der Strukturen war noch nie beschrieben worden.

Elektronen verfolgen

Um herauszufinden, welche Arten von Materialien wir zu unseren hinzufügen könnten Arsenal berechneten die Forscher, was die Elektronen sein würden in 258 der weniger komplexen Chemikalien zu tun. Die meisten von ihnen (166) Es stellte sich heraus, Halbleiter, obwohl die Spannungsdifferenz zwischen ihrem Grundzustand und ihrem leitenden Zustand lag im Bereich von Null bis 1,5 electronVolts. Weitere 92 Materialien waren metallisch. Weitere 56 sind wahrscheinlich ungewöhnliche magnetische Eigenschaften haben, und einige andere sind Verhaltensweisen, die vom Spin eines Elektrons abhängen, wie z Halbmetall.

Nun ist nicht klar, wie viele dieser Materialien tatsächlich sein werden einfach herzustellen und dann in atomar dünne Blätter abzublättern. Aber Selbst wenn nur 10 Prozent der ursprünglichen Sammlung funktionieren, ist das so noch ein großer Sprung nach vorne. Die große Anzahl unterschiedlicher Eigenschaften in dieser Materialsammlung erhöht sich die Aussicht auf die Fähigkeit, eine zu wählen, die für bestimmte geeignet ist anwendungen.

Darüber hinaus eröffnet es die Möglichkeit zur Schichtung von diese atomar dünnen Materialien. Weil sie so dünn sind und fallen Ein Blatt über dem anderen ändert die Eigenschaften von beiden Teil abhängig davon, wie die Atome nebeneinander ausrichten. Viele Unterschiedliche Materialien bieten viel Potenzial, dies zu optimieren Ausrichtung. Also, während dieses Papier zu einem sehr aufwändigen destilliert Datenbanksuche, ich bin gespannt, was als Forscher passiert beginnen, einige der Materialien zu testen, die ihre Forschung hat identifiziert.

Nature Nanotechnology, 2017. DOI: 10.1038 / s41565-017-0035-5 (Über DOIs).

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: