 Разработка новых материалов из атомов идет быстрее, когда некоторые из проб и ошибок устраняются. Новое исследование Университета Райса и политехнического института Монтреаля стремится достичь этого, с помощью гибридов графена и нитрида бора. Ученые разработали компьютерные модели, которые сочетают графен с нанотрубками углерода или нитрида бора.
Они надеются, что подобные гибриды могут использовать лучшие аспекты их учредительных материалов. Определение свойств различных комбинаций позволит упростить разработку для производителей, которые хотят использовать эти экзотические материалы в электронике нового поколения. Исследователи обнаружили не только электронные, но и магнитные свойства, которые могут быть полезны.
В лаборатории изучаются материалы, чтобы увидеть, как они могут стать более эффективными, функциональными и экологически чистыми. Они включают в себя такие материалы, как макромасштабный цемент и керамику, а также наноразмерные гибриды с уникальными свойствами. Если исследователи смогут узнать, что конкретно гибрид будет делать, прежде чем кто-нибудь займется проблемой изготовления, это позволит сохранить затраты и время и, возможно, позволит достичь новых свойств, не представляемых возможными с любым из компонентов.
Их компьютерные модели представляют то, как внутренние энергии атомов влияют друг на друга, когда они связываются в молекулы. Для новой работы, исследователи смоделировали гибридные структуры из графена и углеродных нанотрубок и из графена и нанотрубок нитрида бора. Таким образом они хотят исследовать и сравнить электронные и потенциально магнитные свойства различных конфигураций, в том числе распределения их устойчивости, электронные запрещенные зоны и перенос заряда. Затем они разработали три различные наноструктуры с различной геометрией перехода.
Двое из них были гибридами с графеновыми слоями, легко объединяющимися в углеродные нанотрубки. Другие были похожи, но, в первый раз они смоделированы гибрид с нанотрубками нитрида бора. То, как листы и трубки объединялись, определяло свойства гибрида. Они также построили версии с нанотрубками, расположенными между слоями графена.
Графен представляет собой проводник, когда его атомы идеально совпадают, как гексагональных колец, но материал становится напряженным, когда он деформируется, чтобы приспособить нанотрубки в гибридах. Атомы балансируют свою энергию на этих переходах, образуя пяти-, семи- или восьмиугольные кольца. Все это приводит к изменениям в потоках электроэнергии по всем переходам, превращая гибридный материал в ценный полупроводник.
Расчеты исследователей позволили им наметить ряд эффектов. Например, выяснилось, что перекрестки гибридной системы создают псевдомагнитные поля.
Псевдомагнитное поле связано с деформацией графена, но не для гибридных наноструктуры нитрида бора и углерода где натяжение присуще системе. Было отмечено, что эффект может быть полезным в спинтронных и нано-транзисторных приложениях.
Псевдомагнитное поле побуждает носителей заряда в гибриде циркулировать под влиянием приложенного внешнего магнитного поля. Таким образом, в связи с исключительной гибкостью, прочностью и теплопроводностью гибридных систем нитрида углерода и бора, исследователи предлагают, что псевдомагнитное поле может стать жизнеспособным способом контролирования электронной структуры новых материалов.
Исследователи закладывают основы для диапазона перестраиваемых гибридных архитектур, особенно для нитрида бора, который является таким же перспективным, как графен, но реже исследованным. Ученые изучали полностью углеродные структуры в течение многих лет, но развитие нитрида бора и других двумерных материалов и их различных комбинаций друг с другом дает им богатый набор возможностей для проектирования материалов с невиданными ранее свойствами.
|
