Van gelaagd overgangsmetaaloxide tot 2D-materiaal: wetenschappers maken 2H-nbo₂ ontdekking

2H-NBO₂-Een nieuwe van der Waals-oxide gesynthetiseerd door onderzoekers uit Japan-exhibeert sterk gecorreleerde elektronische eigenschappen met tweedimensionale flexibiliteit. Door lithiumionen chemisch te extraheren uit de gelaagde vellen van Linbo₂, transformeerden de onderzoekers een driedimensionaal oxide in een tweedimensionaal materiaal-het aanbieden van unieke eigenschappen zoals mott isolerende toestanden en supergeleiding. Bruggende overgangsmetaaloxiden en 2D-materialen, de ontdekking maakt de weg vrij voor het realiseren van geavanceerde kwantummaterialen in elektronische apparaten van de volgende generatie.

Tweedimensionale (2D) materialen zijn een hoeksteen geworden van elektronisch onderzoek van de volgende generatie. Deze materialen – met hun lagen bij elkaar gehouden door zwakke Van der Waals (VDW) -krachten – worden gevierd om hun unieke kwantumeigenschappen en veelbelovende toepassingen in elektronica. Ondanks aanzienlijke vooruitgang in 2D -materialen zoals grafeen en overgangsmetaaldichalcogeniden, blijft een aantrekkelijke familie van materialen genaamd “overgangsmetaaloxiden” of TMO’s onontgonnen voor 2D -toepassing.

TMO’s zijn een veelzijdige klasse van materialen die bekend staan ​​om hun complexe elektronische eigenschappen zoals supergeleiding, magnetisme en metaalinvesters. Maar vanwege hun inherent sterke ionische binding vormen deze oxiden typisch geen VDW -structuren en blijven daarom in principe afwezig bij 2D -materialen.

In een pioniersonderzoek om deze kloof te overbruggen, een onderzoeksteam onder leiding van universitair docent Takuto Soma, universitair hoofddocent Kohei Yoshimatsu, professor Akira Ohtomo, en afgestudeerde student mevrouw Aya Sato van de afdeling Chemical Science and Engineering, School of Materials and Chemical Technology at Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), Japan, Japan, Japan. Tohoku University, Japan, gesynthetiseerde 2H-NBO₂, een nieuw 2D-materiaal met unieke elektronische eigenschappen van sterk gecorreleerde TMO’s. De bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift ACS nano.

“Door 2H-NBO₂ te synthetiseren, hebben we het sterk gecorreleerde VDW-oxide bereikt dat de kenmerken van zowel TMO’s als 2D-materialen vertoont,” benadrukt SOMA.

Om de synthese van 2H-nbo te bereiken₂gebruikten de onderzoekers een unieke chemische strategie. Ze gebruikten nano-schaal dunne films van Linbo₂, die een gelaagde oxidestructuur hebben. Door een sterke oxidatiereactie op hoge temperatuur te gebruiken, bereikten ze selectieve verwijdering van lithiumionen (Li) uit linbo₂ via een proces dat Li-deintercalatie wordt genoemd. Deze deintercalatie resulteerde in een “2H-type gelaagde structuur” met atomen gerangschikt in een zeshoekig honingraatachtig patroon gestapeld in twee herhalende lagen, die vergelijkbaar was met klassieke 2D-materialen maar met sterk gecorreleerde elektronen.

Geavanceerde analyse van 2H-NBO₂ bevestigde dat het een gecorreleerde isolator wordt, voornamelijk als gevolg van half gevulde banden met één elektronen. Deze specifieke elektronische configuratie leidt tot sterke afstoting van elektronen-elektronen, wat resulteert in een isolerend gedrag, ondanks de aanwezigheid van NB 4D-elektronen. Deze eigenschappen zijn nauw verbonden met belangrijke fenomenen in de moderne fysica, waaronder metaal-insulatorovergangen en onconventionele supergeleiding, die beide van groot belang zijn vanwege hun complexe onderliggende fysica en potentiële technologische toepassingen.

Met name zagen de onderzoekers metaal-ontstekersovergang, supergeleiding en niet-Fermi-vloeistofgedrag bij gedeeltelijke Li-deintercalatie. Dit zijn allemaal kenmerkende eigenschappen van sterk gecorreleerde systemen, die zeer vergelijkbaar zijn met zowel koperoxide-supergeleiders op hoge temperatuur als Moiré-superroosters van 2D-materialen.

“De betekenis ligt in het overbruggen van twee onderzoeksdomeinen – gecorreleerde oxiden en 2D -materialen – die tot nu toe afzonderlijk zijn geëvolueerd”, legt Soma uit. “Onze bevindingen ontgrendelen een nieuwe klasse van 2D -kwantummaterialen die sterke elektronische correlaties combineren met de structurele flexibiliteit van VDW -verbindingen.”

Deze doorbraak zal naar verwachting brede toepassingen hebben op het gebied van kwantummaterialen, elektronische apparaten van de volgende generatie en de wetenschap van duurzame materialen.