Графен и нитрид бора образуют единое целое

Исследователи впервые ввели новую технику для формирования двумерного листа толщиной в атом, состоящего из двух различных материалов с бесшовными границами.

Исследование, опубликованное в издании Science, делает возможным использование новых типов двумерных гибридных материалов в технологическом применении и фундаментальном исследовании.

Заново продумав традиционный метод выращиваемых материалов, исследователи из Окриджской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США и университета Теннесси в Ноксвилле объединили два вещества — графен и нитрид бора — в один слой толщиной 1 атом. Графен, состоящий из атомов углерода, упорядоченных шестиугольными сотовидными кольцами, привлекает массу внимания благодаря высокой прочности и электронным свойствам.

«Люди называют графен удивительным материалом, который способен изменить сферу нанотехнологий и электроники», сообщил Эн-Пинг Ли. „Действительно, графен имеет большой потенциал, но и он ограничен. Чтобы использовать графен в устройствах и технологиях, требуется объединить его с другими материалами“.

Один из методов объединения различных материалов в гетероструктуры является эпитаксией, при которой один материал выращивается на другом так, что у обоих формируется идентичная кристаллическая структура. Чтобы вырастить двумерные материалы, исследователи направили процесс роста в горизонтальном направлении вместо вертикального.

Сначала исследователи вырастили графен на медной фольге, легировали его для создания чистых границ, а затем вырастили нитрид бора методом парового химического осаждения. Вместо того чтобы соответствовать структуре базового медного слоя, атомы нитрида бора взяли за основу кристаллографию графена.

«Графен подействовал как семя эпитаксиального роста в двумерном пространстве, так, чтобы кристаллография нитрида бора определялась исключительно графеном», сказал Гонг Гу.

Техника исследователей не только комбинировала два материала, но и произвела атомарно острые границы, одномерный интерфейс, между двумя материалами. Способность тщательно управлять этим интерфейсом или гетеросоединением важна как с прикладной, так и с фундаментальной точки зрения, отметил Гу.

«Если мы хотим использовать графен, то должны использовать свойства интерфейса, ведь, как сказал однажды Нобелевский лауреат Герберт Кремер, интерфейс — это устройство», сказал Ли. „Формируя чистый, последовательный одномерный интерфейс, наша технология дает нам возможность изготовить устройство на основе графена для реального применения“.

Новая техника также позволяет ученым впервые экспериментально исследовать интригующую границу между графеном и нитридом бора.

«Существует значительный объем теоретической литературы, предсказывающий замечательные физические свойства этой специфической границы, пока в отсутствии каких-либо экспериментальных доказательств», сказал Ли. „Теперь мы получили платформу для исследования этих свойств“.

Группа ученых ожидает, что ее метод может применяться и в случае с другими комбинациями двумерных материалов. Исследователи предполагают, что различные кристаллические структуры достаточно похожи, чтобы соответствовать друг другу.