科學家們已經找到了一種方法來獲得二維石墨層的各種鹽層。由于二維材料的獨特性質,這為納米電子學開辟了廣闊的前景。通過計算機建模,他們找到了精确的參數,在這種情況下,某些鹽類會發生石墨化——在平闆上重新排列原子,然後将晶體進一步分解成二維層。接收到的數據将很快被用于在實驗中獲得這些層。
莫斯科物理研究所的研究人員和技術(初期),斯科爾科沃科技研究所(Skoltech),技術超硬和新型碳材料研究所(TISNCM),國立科技大學斯(俄羅斯)和萊斯大學(美國)利用電腦模拟來尋找一塊多薄鹽是為了分解成graphene-like層。在計算機模拟的基礎上,他們推導出了一個晶體中的層數的方程,該晶體将産生具有納米電子學應用的超薄薄膜。
從三維到二維
石墨烯獨特的單原子厚度使其成為具有吸引力和有用的材料。它的晶格像蜂窩一樣,因為組成原子之間的化學鍵形成了正六邊形。石墨烯是三維石墨晶體的單層,其性質(以及任何二維晶體的性質)與三維石墨烯完全不同。由于石墨烯的發現,大量的研究都是針對具有耐人性的新型二維材料。超薄薄膜具有不同尋常的特性,可能對應用很有用。
先前的理論研究表明,具有立方結構和離子鍵的薄膜可以自發地轉化成一種被稱為石墨化的層狀六邊形石墨結構。對于某些物質,這種轉換已經被實驗觀察到。預測岩鹽NaCl是一種具有石墨化傾向的化合物。三次化合物的石墨化可以為納米電子學的應用提供新的有前途的結構。然而,沒有一種理論能在任意的立方化合物的情況下解釋這一過程。
要使石墨化發生,需要沿三次結構的主對角線減少晶體層。這會導緻一個晶體表面由鈉離子構成?另一個氯離子Cl?重要的是要注意正負離子(即Na?Cl?)——而不是中性原子——占據了結構的晶格點。這就産生了兩個表面相反的符号。隻要表面相互遠離,所有的電荷就會相互抵消,鹽闆顯示出對立方體結構的偏好。然而,如果這部電影拍得足夠好。
實驗與模型
為了研究石墨化傾向如何随化合物的變化而變化,研究人員考察了16種二元化合物與一般的公式AB,其中A代表四種堿金屬锂Li、鈉Na、鉀K和铷Rb。這些是在元素周期表第1組中發現的高度反應性元素。該公式中的B代表了四種鹵素氟、氯、溴和碘的任何一種。這些元素在元素周期表的第17組中,容易與堿金屬發生反應。
本研究中的所有化合物都有許多不同的結構,也被稱為晶格或相。如果大氣壓力增加到正常值的30萬倍,那麼NaCl的另一個階段(由圖中的黃色部分表示)就會變得更加穩定,從而影響到晶格的變化。為了測試他們對方法和參數的選擇,研究者模拟了兩個晶格,并計算了它們之間相變的壓力。他們的預測與實驗數據一緻。
到底有多薄呢?
該研究範圍内的化合物都有六邊形,“石墨化”,G相(圖中的紅色),在三維體中不穩定,但成為超薄(2D或準2D)薄膜最穩定的結構。研究人員确定了薄膜的表面能量與立方體和六角形結構的層數之間的關系。他們繪制了這段關系,繪制了兩種不同斜率的直線。每一對與一個化合物相關的線都有一個對應的點。
根據這一數據,研究人員建立了臨界層數和兩個參數之間的關系,這兩個參數決定了各種化合物中離子鍵的強度。第一個參數表示給定金屬離子的大小——離子半徑。第二個參數叫做電負性,它是一個度量嗎?原子吸收元素的電子的能力。較高的電負性意味着原子更強烈地吸引電子,這是鍵的離子性質,更大的表面偶極子,以及較低的臨界闆厚度。
帕維爾Sorokin habil博士。,是TISNCM新材料模拟實驗室的負責人。他解釋了這項研究的重要性,這項研究已經吸引了來自以色列和日本的同事。如果他們在實驗中證實了我們的發現,這一現象(石墨化)将提供一種可行的途徑來合成納米電子學中潛在應用的超薄薄膜。
科學家們打算通過研究其他化合物來擴大他們的研究範圍。他們認為,不同成分的超薄薄膜也可能會自發的石墨化,産生新的分層結構,具有更耐人欲的特性。
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