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新型二維材料僅兩個原子厚但比鋼堅固

有望用于納電子學和量子信息技術領域

信息來源:科技日報更新時間:2021-04-13

    據報道,該機構科學家與西北大學和佛羅里達大學合作,制造出了由硼和氫原子構成的穩定納米片,這種名為氫化硼烯的二維材料僅兩個原子厚,且比鋼更堅固,有望在納電子學和量子信息技術領域“大顯身手”。

  二維材料指具有長度和寬度、但厚度僅一兩個原子的奇異材料,它們有望大幅提升電子設備、太陽能電池和醫療設備的性能。近幾十年來,二維材料科學領域最激動人心的突破之一是2004年石墨烯“橫空出世”,這種二維碳片的厚度僅一個原子,卻比鋼堅固200倍。兩位發明者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因此榮膺2010年諾貝爾物理學獎。2015年,包括阿貢國家實驗室下屬納米材料中心在內的團隊首次合成了硼烯——厚度僅一個原子的硼片。然而,石墨烯是常見材料石墨中許多相同原子層中的一層,而硼烯卻沒有類似的母結構,因此很難制備。而且,硼烯會很快與空氣發生反應,這意味著它極不穩定,容易變形。

  西北大學材料科學和工程學教授馬克·赫薩姆解釋說:“硼烯本身存在各種問題,但當我們將硼烯和氫混合時,其產物會突然變得穩定得多,在納電子學和量子信息技術等新興領域有很大的應用潛能?!?/span>

  在最新研究中,研究團隊在銀襯底上生成硼烯,隨后使之與氫接觸,形成氫化硼烯。然后,他們聯合一臺掃描隧道顯微鏡和基于計算機視覺的算法,將結構理論模型與實驗測量數據進行比較,揭示了氫化硼烯的復雜結構。而且,該團隊的自動化分析技術未來也可用于識別其他復雜的納米結構。

  該實驗室的皮埃爾·達蘭塞特說:“我們的新研究真正令人鼓舞的地方在于,銀襯底上的氫化硼烯納米片與硼烯不同——氫化硼烯相當穩定。這意味著,氫化硼烯應該很容易與其他材料結合起來為光電子學制造新設備,這種光控和發光設備可用于電信和醫療設備等領域?!?/span>

  該實驗室納米科學家瑪麗亞·陳則表示:“就實現氫化硼烯在納電子學領域的巨大潛力而言,這些研究結果是重要一步?!?/span>


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