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氟给白石墨烯注入新活力

作者: +关注作者 来源: 2017-07-17 16:14 标签:
Rice大学的研究人员将普通绝缘体转变为磁性半导体,六方氮化硼(一种普通绝缘体)的氟化将会使其变成磁性半导体,这种耐热材料可应用于处于极端环境中的电子和传感器。

【图注】密度泛函理论计算显示了六方氮化硼氟化样品的磁性能。由氟原子(红色)在硼和氮基质上的附着方式,可看出该样品是铁磁性的。

少许氟的加入可将白色石墨烯的绝缘陶瓷转变成具有磁性的宽带隙半导体。Rice 大学的科学家表示,可以使这种独特的材料适用于极端环境中的电子设备。来自Rice研究人员的概念文件阐释了将二维六方氮化硼(h-BN)(即白色石墨烯)从绝缘体转变为半导体的方法。他们说,磁性是一个意想不到的收获。由于原子层薄片材料是一种特殊的热导体,研究人员认为它可应用于高温中的电子产品,甚至可能是磁存储器件。

Rice大学的科学家Pulickel Ajayan表示:“氮化硼是一种稳定的绝缘体,在商业上非常有用,它可吸收紫外线,在化妆品中作为防晒层。我们努力尝试着修改其电子结构,但是我们认为它不会成为半导体和磁性材料。所以这是一个很大的改变,没有人曾在氮化硼中看到过这种行为。”

研究人员发现,向h-BN中添加氟将引入其原子矩阵中的缺陷,从而减小了带隙,使其成为半导体(带隙决定材料的导电性)。Rice大学博士后研究员兼合着者Chandra Sekhar Tiwary说:“在5%的氟化后,我们看到了导带带隙的缩小。随着额外的氟化,带隙继续变小,但会到达一个临界。控制精确的氟化是我们需要做的工作,我们可以得出氟化的范围,但是我们还不能完美地控制该过程,因为材料原子层极薄,一个原子或多或少的变化层出不穷。”

“在接下来的一组实验中,我们想要学会精确地一个个调整原子,”他说。他们确定入侵的氟原子所施加的张力改变了氮原子中电子的“旋转”,并影响了它们的磁矩,这在无形中使得原子将像纳米尺度的罗盘那样响应磁场。

Rice大学的研究生和主要学者Sruthi Radhakrishnan说:“我们能看到角度变化产生的旋转,这对于二维材料来说十分不同寻常。不是对齐排列以形成铁磁体或彼此抵消,而是自旋随机倾斜,出现平整材料的网络磁性随机袋。这些铁磁体或反铁磁性口袋可以存在于相同的h-BN样品中,并使得它们与相对的领域成为“沮丧的磁体”。

研究人员说,它们易于扩展的方法可以潜在地应用于其他2-D材料。 “通过纳米工程制造新材料正是我们集团所关注的,”Ajayan说。

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