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氟赋予白色石墨烯新的力量

发布时间:2019-01-29 14:16:34 来源:

一点氟将称为白色石墨烯的绝缘陶瓷变成具有磁性的宽带隙半导体。莱斯大学的科学家表示,这种独特的材料可以在极端环境中适用于电子产品。

来自赖斯研究人员的概念验证论文展示了一种将二维六方氮化硼(h-BN) - 即白色石墨烯 - 从绝缘体转变为半导体的方法。他们说,磁性是一种意想不到的好处。

由于原子级薄材料是一种特殊的热导体,研究人员认为它可能对高温应用中的电子器件很有用,甚至可能作为磁存储器件。

这项发现本周出现在Science Advances上。

“氮化硼是一种稳定的绝缘体,在商业上非常有用,即使在化妆品中,因为它吸收紫外线,”赖斯材料科学家Pulickel Ajayan说,他的实验室领导了这项研究。“尝试修改其电子结构已经付出了很多努力,但我们认为它既不会成为半导体也不会成为磁性材料。

“所以这是完全不同的事情;之前没有人在氮化硼中看到过这种行为,”他说。

研究人员发现,在h-BN中添加氟可将缺陷引入其原子基质,从而降低带隙,使其成为半导体。带隙决定了材料的导电性。

赖斯博士后研究员兼合着者Chandra Sekhar Tiwary说:“我们看到差距缩小了约5%的氟化物。” 随着额外的氟化,间隙变小,但仅限于一点。“控制精确的氟化是我们需要研究的。我们可以得到范围,但我们还没有完美的控制。因为材料是原子级薄的,一个原子更少或更多的变化相当多。

“在下一组实验中,我们希望学会精确地调整它,原子,”他说。

他们确定入侵氟原子所施加的张力改变了氮原子中电子的“自旋”并影响了它们的磁矩,这种幽灵质量决定了原子如何像一个看不见的纳米级罗盘一样对磁场做出反应。

“我们看到了面向角度的旋转,这对于二维材料来说是非常规的,”赖斯研究生和主要作者Sruthi Radhakrishnan说。这些自旋不是对齐以形成铁磁体或相互抵消,而是随机倾斜,给予扁平材料随机的净磁性口袋。这些铁磁体或反铁磁体袋可以存在于相同的h-BN样品中,这使得它们成为具有竞争域的“受挫的磁体”。

研究人员表示,他们简单,可扩展的方法可能适用于其他二维材料。“通过纳米工程制造新材料正是我们小组的目标,”Ajayan说。

该论文的共同作者是研究生Carlos de los Reyes和Zehua Jin,化学讲师Lawrence Alemany,博士后研究员Vidya Kochat和AngelMartí,化学副教授,生物工程,材料科学和纳米工程,都是Rice; 莱斯的Valery Khabashesku和休斯顿贝克休斯科技创新中心; 水稻Parambath Sudeep和多伦多大学; 班加罗尔印度科学研究所的Deya Das,Atanu Samanta和赖斯校友Abhishek Singh; 休斯顿大学邓良子和朱庆武; 路易斯安那州立大学的Thomas Weldeghiorghis和莱特 - 帕特森空军基地的空军研究实验室的Ajit Roy。

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