Configuraties van kubische diamane (a) en hexagonale diamane (b). Krediet: Niu Caoping
Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Wang Xianlong van de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft een nieuwe methode ontdekt om de stabiliteit van diamane gesynthetiseerd door hogedrukmethoden te verbeteren. Door boor (B) en stikstof (N) doteringen in diamane te introduceren, ontdekten ze dat de structuur en elektronische eigenschappen van de diamane konden worden gereguleerd. Gerelateerde resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling B.
Diamane is een tweedimensionale (2D) enkellaagse diamant die wordt verkregen door dubbellaags grafeen te comprimeren om sp3-bindingen tussen de lagen te vormen. Met de kenmerken van zowel grafeen als diamant, wordt verwacht dat het naast grafeen een nieuw 2D-koolstofmateriaal zal zijn. Diamane gesynthetiseerd door hogedrukmethode wordt echter weer omgezet in grafeen na het aflaten van de druk, en het kan niet worden gehandhaafd onder omgevingsomstandigheden.
In deze studie onderzochten de onderzoekers de structurele en elektronische eigenschappen van verschillende gedoteerde vormen van B- en N-atomen in kubische en hexagonale diamane op basis van de eerste-principemethoden.
Ze ontdekten dat de dopingconfiguratie de vormingsenergie van diamane verminderde, de synthese van diamane bevorderde en de stabiliteit van diamane bij omgevingscondities verbeterde.
Ze stelden voor dat het eenvoudigste mechanisme om diamane experimenteel te synthetiseren was door dubbellaags grafeen te comprimeren met één laag gedoteerd met B-atoom en de andere gedoteerd met N-atoom.
De bandgaps van verschillende dopingconfiguraties. Staven met een eenvoudige kleur vertegenwoordigen de directe bandgap en staven met schuine lijnen op het oppervlak vertegenwoordigen de indirecte bandgap. De gestippelde rode en blauwe lijnen tonen de bandgap van respectievelijk ongerepte kubische en zeshoekige diamane. Krediet: Niu Caoping
Diamane gedoteerd met N-atomen was experimenteel gemakkelijk te verkrijgen omdat de vormingsenergie van diamane niet gevoelig was voor de verdeling van N-doteringsmiddel. Bovendien had, afhankelijk van de concentraties en verdelingen van B- en N-atomen, gedoteerde diamane variabele elektronische structuren (halfgeleider, metaal, supergeleiding ~ 4 K), die konden worden toegepast op het gebied van 2D elektronische apparaten.
Dit werk biedt een nieuw schema om stabieler en functioneler diamane te synthetiseren.
Caoping Niu et al, Configuratiestabiliteit en elektronische eigenschappen van diamane met boor- en stikstofdoteringsmiddelen, Fysieke beoordeling B (2022). DOI: 10.1103/PhysRevB.105.174106
Fysieke beoordeling B
Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen
