新型二維材料僅兩個原子厚但比鋼堅固
有望用于納電子學(xué)和量子信息技術(shù)領(lǐng)域
據(jù)美國阿貢國家實驗室官網(wǎng)近日報道，該機構(gòu)科學(xué)家與西北大學(xué)和佛羅里達大學(xué)合作，制造出了由硼和氫原子構(gòu)成的穩(wěn)定納米片，這種名為氫化硼烯的二維材料僅兩個原子厚，且比鋼更堅固，有望在納電子學(xué)和量子信息技術(shù)領(lǐng)域“大顯身手”。
二維材料指具有長度和寬度、但厚度僅一兩個原子的奇異材料，它們有望大幅提升電子設(shè)備、太陽能電池和醫(yī)療設(shè)備的性能。近幾十年來，二維材料科學(xué)領(lǐng)域最激動人心的突破之一是2004年石墨烯“橫空出世”，這種二維碳片的厚度僅一個原子，卻比鋼堅固200倍。兩位發(fā)明者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因此榮膺2010年諾貝爾物理學(xué)獎。2015年，包括阿貢國家實驗室下屬納米材料中心在內(nèi)的團隊首次合成了硼烯——厚度僅一個原子的硼片。然而，石墨烯是常見材料石墨中許多相同原子層中的一層，而硼烯卻沒有類似的母結(jié)構(gòu)，因此很難制備。而且，硼烯會很快與空氣發(fā)生反應(yīng)，這意味著它極不穩(wěn)定，容易變形。
西北大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)教授馬克·赫薩姆解釋說：“硼烯本身存在各種問題，但當(dāng)我們將硼烯和氫混合時，其產(chǎn)物會突然變得穩(wěn)定得多，在納電子學(xué)和量子信息技術(shù)等新興領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛能。”
在最新研究中，研究團隊在銀襯底上生成硼烯，隨后使之與氫接觸，形成氫化硼烯。然后，他們聯(lián)合一臺掃描隧道顯微鏡和基于計算機視覺的算法，將結(jié)構(gòu)理論模型與實驗測量數(shù)據(jù)進行比較，揭示了氫化硼烯的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。而且，該團隊的自動化分析技術(shù)未來也可用于識別其他復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)。
該實驗室的皮埃爾·達蘭塞特說：“我們的新研究真正令人鼓舞的地方在于，銀襯底上的氫化硼烯納米片與硼烯不同——氫化硼烯相當(dāng)穩(wěn)定。這意味著，氫化硼烯應(yīng)該很容易與其他材料結(jié)合起來為光電子學(xué)制造新設(shè)備，這種光控和發(fā)光設(shè)備可用于電信和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。”
該實驗室納米科學(xué)家瑪麗亞·陳則表示：“就實現(xiàn)氫化硼烯在納電子學(xué)領(lǐng)域的巨大潛力而言，這些研究結(jié)果是重要一步。”(記者劉霞)
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