New Family Of Atomic-thin Electride Materials Discovered

Domov > Pritisnite > Odkrita nova družina atomsko tankih elektridnih materialov

Rumene izosurface na levi plošči označujejo elektrone, locirane med trimerji C3. Ionizirana struktura na desni nima ujetih elektronov, nekateri M-atomi pa so v veliki meri razseljeni. Ta premik atomov M ponovno znatno stabilizira ionizirano strukturo. KREDIT
Soungmin Bae in Hannes Raebiger

Povzetek:
Raziskovalna preiskava obnašanja materialov z zaželenimi električnimi lastnostmi je privedla do odkritja strukturne faze dvodimenzionalnih (2D) materialov. Nova družina materialov so elektrode, kjer elektroni zasedajo prostor, ki je običajno rezerviran za atome ali ione, namesto da krožijo okoli jedra atoma ali iona. Stabilni, nizkoenergijski nastavljivi materiali bi lahko imeli potencialno uporabo v nanotehnologijah.

Odkrita nova družina atomsko tankih elektridnih materialov

Jokohama, Japonska | Objavljeno 11. junija 2021

Mednarodna raziskovalna skupina, ki jo je vodil Hannes Raebiger, izredni profesor na oddelku za fiziko na Nacionalni univerzi Yokohama na Japonskem, je svoje rezultate objavila 10. junija kot osrednji del v naprednih funkcionalnih materialih.

Sprva se je ekipa lotila boljšega razumevanja temeljnih lastnosti 2D sistema, znanega kot Sc2CO2. Sistem, ki vsebuje dva atoma kovinskega skandija, en atom ogljika in dva atoma kisika, spada v družino kemičnih spojin, skupaj imenovanih MXenes. Običajno so sestavljeni iz ogljikove ali dušikove plasti, debele enega atoma, stisnjene med kovinske plasti, posejane z atomi kisika ali fluora.

Raziskovalce je MXene Sc2CO2 še posebej zanimal zaradi napovedi, da bi imel sistem, če je strukturiran v šestkotno fazo, želene električne lastnosti.

"Kljub tem fascinantnim napovedim šesterokotnih faz Sc2CO2 še nismo seznanjeni z njegovo uspešno izdelavo," je dejal Soungmin Bae, prvi avtor in raziskovalec na Oddelku za fiziko na Nacionalni univerzi Yokohama. "Z analizo njegovih temeljnih lastnosti smo odkrili popolnoma novo strukturno fazo."

Nova strukturna faza ima za posledico nove elektrode. Atomsko tanka 2D strukturna faza je opisana kot ploščice, ki tvorijo osrednjo ogljikovo ravnino. Prej napovedana oblika je bila šesterokotnik z atomom ogljika v vsaki točki in enim na sredini. Novi materiali imajo obliko, podobno rombu, z elektroni na ogliščih in ogljikovim trimerjem - tremi atomi ogljika v vrsti - na sredini.

"Ogljik je eden najpogostejših materialov na našem planetu in zelo pomemben za živa bitja, vendar ga skoraj nikoli ne najdemo kot trimerje," je dejal Raebiger. "Najbližje mesto, kjer se običajno nahajajo ogljikovi trimeri, je medzvezdni prostor."

Celotna oblika je manj simetrična od prej opisane šesterokotne strukture, vendar je bolj simetrična glede na osrednjo ravnino. Ta struktura ponuja edinstvene značilnosti zaradi videza nove družine elektrid, pravi Raebiger.

"Elektride vsebujejo elektrone kot strukturno enoto in so pogosto izjemno dobri električni vodniki," je dejal Raebiger. "Sedanja družina elektrid so izolatorji in čeprav je večina izolatorjev lahko z dodajanjem ali odstranjevanjem elektronov prevodnih, ti materiali preprosto postanejo bolj izolativni."

MXene so še posebej privlačni kot material, ker jih je mogoče preoblikovati z drugimi kovinskimi elementi, da ponudijo rog izobilja, vključno s prilagodljivo prevodnostjo, različnimi oblikami magnetizma in / ali pospešijo kemične reakcije kot katalizatorji. Poleg tega so ultra tanki listi debeli le nekaj atomov, to je 2D materiali. Novoodkrite elektrode imajo elektrone v mrežastih prazninah med atomi in ioni, ki jih je mogoče zlahka oddati v okoliški prostor, kot so elektronski viri za pospeševalnike velikih delcev, pa tudi sposoditi si za katalizacijo želene kemične reakcije.

"Do tega odkritja smo prišli, ker smo želeli razumeti, kako ti materiali delujejo bolje," je dejal Bae. "Če naletite na nekaj, česar ne razumete, se poglobite."

Med soavtorji sta William Espinosa-García in Gustavo M. Dalpian, Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Brazilija; Yoon-Gu Kang in Myung Joon Han, Oddelek za fiziko, Korejski napredni inštitut za znanost in tehnologijo; Juho Lee in Yong-Hoon Kim, Oddelek za elektrotehniko, Korejski inštitut za znanost in tehnologijo; Noriyuki Egawa, Kazuaki Kuwahata in Kaoru Ohno, Oddelek za fiziko na Nacionalni univerzi Yokohama; in Mohammad Khazaei in Hideo Hosono, Center za raziskave materialov za strategijo elementov, Tokijski tehnološki inštitut. Espinosa-García je povezana tudi z Grupo de investigación en Modelamienot y Simulación Computacional, Facultad de Ingenierías, Universidad de San Buenaventura-Medellín.

Fundacija Iwaki Scholarship; Raziskovalna fundacija Sao Paulo; Korejska nacionalna raziskovalna fundacija, Ministrstvo za znanost in IKT ter Ministrstvo za izobraževanje; KAIST (prej Korejski inštitut za znanost in tehnologijo); in Center za financiranje in inkubacijo podjetij Samsung Electronics je financiral to delo.

####

O državni univerzi Yokohama
Yokohama National University (YNU ali Yokokoku) je japonska nacionalna univerza, ustanovljena leta 1949. YNU nudi študentom praktično izobrazbo z uporabo širokega strokovnega znanja svoje fakultete in olajša sodelovanje s svetovno skupnostjo. Moč YNU v akademskem raziskovanju praktičnih aplikativnih znanosti vodi do objav z velikim vplivom in prispeva k mednarodnim znanstvenim raziskavam in svetovni družbi.

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Akiko Tsumura

Avtorske pravice © Nacionalna univerza Yokohama

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: