Ny familie av atomtynne elektridmaterialer oppdaget

Hjemprodukt > Press > Ny familie av atomtynne elektridmaterialer oppdaget

Gule isosurfaces på venstre panel indikerer elektroner lokalisert mellom C3-trimere. Jonisert struktur til høyre har ingen fangede elektroner, og noen av M-atomene har i stor grad blitt fordrevet. Denne forskyvningen av M-atomene stabiliserer igjen den ioniserte strukturen betydelig. KREDITT
Soungmin Bae og Hannes Raebiger

Abstrakt:
En undersøkende undersøkelse av oppførselen til materialer med ønskelige elektriske egenskaper resulterte i oppdagelsen av en strukturell fase av todimensjonale (2D) materialer. Den nye materialfamilien er elektroder, der elektroner opptar et rom som vanligvis er reservert for atomer eller ioner i stedet for å kretse om kjernen til et atom eller ion. De stabile, avstemte materialene med lite energi kan ha potensielle anvendelser i nanoteknologi.

Ny familie av atom-tynne elektridmaterialer oppdaget

Yokohama, Japan | Skrevet 11. juni 2021

Det internasjonale forskerteamet, ledet av Hannes Raebiger, førsteamanuensis ved Institutt for fysikk ved Yokohama National University i Japan, publiserte resultatene 10. juni som frontrolle i Advanced Functional Materials.

Opprinnelig satte teamet seg for å bedre forstå de grunnleggende egenskapene til et 2D-system kjent som Sc2CO2. Inneholder to atomer av metallisk skandium, ett karbonatom og to atomer av oksygener, og systemet tilhører en familie av kjemiske forbindelser som kollektivt kalles MXener. De er vanligvis sammensatt av et karbon- eller nitrogenlag, ett atom tykt, klemt mellom metallagene, oversådd med oksygen eller fluoratomer.

Forskerne var spesielt interessert i MXene Sc2CO2 på grunn av spådommene om at når de ble strukturert i en sekskantet fase, ville systemet ha ønsket elektriske egenskaper.

"Til tross for disse fascinerende spådommene om sekskantede faser av Sc2CO2, er vi ikke klar over den vellykkede fabrikasjonen hittil," sa Soungmin Bae, første forfatter og forsker ved Institutt for fysikk ved Yokohama National University. "Ved å analysere de grunnleggende egenskapene, oppdaget vi en helt ny strukturell fase."

Den nye strukturfasen resulterer i nye elektridmaterialer. Den atom-tynne 2D-strukturfasen er beskrevet som flislagte former som danner det sentrale karbonplanet. Den tidligere forutsagte formen var en sekskant, med et karbonatom i hvert toppunkt og ett i midten. De nye materialene har en rombenlignende form, med elektroner i toppunktene og en karbontrimmer - tre karbonatomer på rad - i midten.

"Karbon er et av de vanligste materialene på planeten vår, og ganske viktig for levende vesener, men det blir nesten aldri funnet som trimere," sa Raebiger. "Det nærmeste stedet der karbontrimere vanligvis er, er interstellar plass."

Den generelle formen er mindre symmetrisk enn den tidligere beskrevne sekskantede strukturen, men den er mer symmetrisk med hensyn til sentralplanet. Denne strukturen gir unike egenskaper på grunn av utseendet til den nye familien av elektrider, ifølge Raebiger.

"Elektrider inneholder elektroner som en strukturell enhet og er ofte ekstremt gode elektriske ledere," sa Raebiger. "Den nåværende familien av elektrider er isolatorer, og mens de fleste isolatorer kan gjøres ledende ved å legge til eller fjerne elektroner, blir disse materialene ganske enkelt mer isolerende."

MXener er spesielt attraktive som et materiale, fordi de kan omkonfigureres med andre metallelementer for å gi en overflødighetshorn av egenskaper, inkludert avstemmelig ledningsevne, forskjellige former for magnetisme og / eller akselerere kjemiske reaksjoner som katalysatorer. På toppen av dette er de ultratynne arkene bare noen få atomer tykke, det vil si 2D-materialer. De nylig oppdagede elektronene har elektroner i gitterhull mellom atomer og ioner, som lett kan sendes ut i det omkringliggende rommet, slik som elektronkildene for store partikkelakseleratorer, samt lånes for å katalysere en spesifikt ønsket kjemisk reaksjon.

"Vi gjorde denne oppdagelsen fordi vi ønsket å forstå hvordan disse materialene fungerer bedre," sa Bae. "Hvis du støter på noe du ikke forstår, kan du grave dypere."

Medforfattere inkluderer William Espinosa-García og Gustavo M. Dalpian, Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Brasil; Yoon-Gu Kang og Myung Joon Han, Institutt for fysikk, Korea Advanced Institute of Science and Technology; Juho Lee og Yong-Hoon Kim, Institutt for elektroteknikk, Korea Advanced Institute of Science and Technology; Noriyuki Egawa, Kazuaki Kuwahata og Kaoru Ohno, Institutt for fysikk ved Yokohama National University; og Mohammad Khazaei og Hideo Hosono, Materials Research Center for Element Strategy, Tokyo Institute of Technology. Espinosa-García er også tilknyttet Grupo de investigación en Modelamienot y Simulación Computacional, Facultad de Ingenierías, Universidad de San Buenaventura-Medellín.

Iwaki Scholarship Foundation; São Paulo Research Foundation; Koreas nasjonale forskningsstiftelse, departementet for vitenskap og IKT og utdanningsdepartementet; KAIST (tidligere Korea Advanced Institute of Science and Technology); og Samsung Research Funding & Incubation Center fra Samsung Electronics finansierte dette arbeidet.

####

Om Yokohama National University
Yokohama National University (YNU eller Yokokoku) er et japansk nasjonalt universitet som ble grunnlagt i 1949. YNU gir studentene en praktisk utdannelse som benytter den brede ekspertisen fra fakultetet og letter engasjement med det globale samfunnet. YNUs styrke i akademisk forskning innen praktisk anvendelsesvitenskap fører til publikasjoner med stor innvirkning og bidrar til internasjonal vitenskapelig forskning og det globale samfunnet.

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
Akiko Tsumura

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: