新的電子材料:工程師們首次創造出雙層硼氫化合物

西北大學的工程師們首次創造出了基於雙層原子結構的平坦硼酚,這一創舉違背了硼在單原子層極限之外形成非平面團簇的自然趨勢。盡管以其有前途的電子特性而聞名,但是硼酚–一種單原子層厚的硼片的合成是具有挑戰性的。與其類似的二維材料石墨烯不同的是,石墨烯可以用像膠帶一樣簡單的東西從固有的層狀石墨中剝離出來,而硼酚則不能僅僅從散裝硼中剝離出來。相反,按捺物必須直接生長在一個基底上。

新的電子材料:工程師們首次創造出雙層硼氫化合物

如果生長一層是困難的,那麼生長多層的原子平坦的硼酚似乎是不可能的。因為硼的物理性質不像石墨那樣是分層的,超過單個原子層的硼的生長會帶來簇狀的形態而不是平面的薄膜。

西北大學的Mark C. Hersam(赫薩姆)是這項研究的共同資深作者,他說:”當你試圖生長一個更厚的層時,硼想採用它的體積結構。”較厚的硼膜不是保持原子平坦,而是形成顆粒和團塊。關鍵是要找到防止團塊形成的生長條件。直到現在,我們還不認為你可以超過一層。現在我們已經進入了單層原子層和散裝體之間的未探索領域,從而形成了一個新的發現的’游樂場'”。

該研究於2021年8月26日發表在《自然材料》雜誌上。

五年前,赫薩姆和他的合作者首次創造出了硼氫化合物。比石墨烯更強、更輕、更有彈性,有望帶來對電池、電子、傳感器、太陽能電池和量子計算的革新。盡管理論研究預示著雙電層的出現是可能的,但包括赫薩姆在內的許多研究人員原本並不相信。

“製造一種新材料是具有挑戰性的,即使理論工作預測了它的存在,”赫薩姆說。”理論很少告訴你實現這種新結構所需的合成條件”。

Hersam的團隊發現,正確條件的關鍵是用於生長該材料的基質。在這項研究中,赫薩姆和他的同事們在一個平坦的銀色基底上生長出了按捺不住的按捺物。當暴露在非常高的溫度下時,銀在成串的原子級台階之間形成了異常平坦的大台階。

Hersam說:”當我們在這些大的、平坦的’梯田’上生長硼酚時,我們看到了第二層的形成”。”在這一偶然的觀察之後,我們有意將我們的努力集中在這個方向上。當我們發現第二層的時候,我們實際上並沒有在尋找它。許多材料的發現都是以這種方式發生的,但是當你偶然發現一些意外的東西時,你必須意識到這里有機會。”

雙層材料保持了硼酚的所有理想的電子特性,同時提供了新的優勢。例如,這種材料由兩個原子層厚的片狀物粘合在一起,中間有空間,可用於能量或化學儲存。已經有理論預測說,雙層硼烷是一種有希望的電池材料。”層與層之間的空間提供了一個容納鋰離子的地方。赫薩姆的團隊希望其他研究人員現在受到啟發,繼續生長更厚的硼烷層,或創造具有不同原子幾何形狀的雙層。

來源:cnBeta