Atomen zijn de basisbouwstenen van alle materie - tenminste, dat is het conventionele beeld. In een nieuwe studie, onderzoekers hebben de eerste superatomaire 2D-halfgeleider gefabriceerd, een materiaal waarvan de basiseenheden geen atomen zijn maar superatomen - atomaire clusters die enkele eigenschappen van een of meer individuele atomen vertonen. De onderzoekers verwachten dat het nieuwe materiaal slechts het eerste lid is van wat een nieuwe familie van 2D-halfgeleiders zal worden waarvan de superatomaire structuren de diversiteit enorm zullen vergroten, functionaliteit, en toepassingen van 2D-materialen.

Xinjue Zhong en co-auteurs van Columbia University in de VS, CNR-ISTM en D3-CompuNet aan het Italiaanse Instituut voor Technologie in Italië, en CNRS UMR, Universiteit van Angers in Frankrijk, hebben een artikel gepubliceerd over de eerste superatomaire 2D-halfgeleider in een recent nummer van Nano-letters .

"Dit werk opent de deuren naar nieuwe klassen van 2D-materialen met mogelijk grotere afstembaarheid en controle over hun fysieke eigenschappen, " vertelde co-auteur Xiaoyang Zhu aan de Columbia University: Phys.org .

Zoals de onderzoekers in hun paper uitleggen, het gebied van 2D-materialen is nog een zeer jong onderzoeksgebied, en de meeste 2D-materialen hebben momenteel relatief eenvoudige structuren. grafeen, bijvoorbeeld, bestaat uit een enkele laag koolstofatomen. In tegenstelling tot, de bulkmaterialen die in de vastestofchemie worden bestudeerd, hebben een veel grotere verscheidenheid aan structurele complexiteit, wat heeft geleid tot een assortiment van elektrische, optisch, en magnetische toepassingen.

In de nieuwe studie de onderzoekers laten zien dat het ontwerpen van 2D-materialen met een superatomaire structuur een weg kan bieden naar het realiseren van grotere diversiteit en resulterende toepassingen. Hoewel superatomaire materialen eerder in drie dimensies zijn aangetoond, tot nu toe is het niet mogelijk geweest om deze materialen in twee dimensies te bereiden vanwege een gebrek aan covalente binding tussen de superatomen.

Hier, de onderzoekers onderzochten een weinig bestudeerd materiaal genaamd Re ₆ Se ₈ kl ₂ , voor het eerst gerapporteerd in 1983. Hun analyse onthulde dat de structuur van het materiaal niet bestaat uit lagen van enkele atomen zoals in grafeen, maar van "pseudovierkante roosters van gekantelde clusters" die kenmerkend zijn voor een superatomaire structuur.

In dit materiaal, de superatomaire clusters zijn met elkaar verbonden door sterke covalente bindingen, toch zijn de interacties tussen lagen zwak, waardoor het mogelijk is om dunne vellen van het materiaal te exfoliëren met behoud van de superatomaire structuur. Met behulp van de Scotch tape-methode, de onderzoekers produceerden superatomaire vlokken van ongeveer 15 nm dik, en werken momenteel aan de voorbereiding van monolaagvlokken.

Op basis van hun eerste tests van de elektronische en optische eigenschappen van de Re ₆ Se ₈ kl ₂ vlokken, de onderzoekers verwachten dat de unieke complexe structuur van dergelijke superatomaire 2D-halfgeleiders een veelbelovende benadering zal bieden voor het realiseren van 2D-materialen met nieuwe, afstembare eigenschappen en functionaliteiten.

"We zijn van plan om multifunctionaliteit te verkennen, controle van elektronische en fonon vrijheidsgraden, en sterk gecorreleerde fysische verschijnselen in deze nieuwe 2D-halfgeleiders, ' zei Zhu.

© 2018 Fys.org