En högvinklad ringformig mörkfältbild av ren rheniumdiselenid. I nyckeln längst ner till höger, rheniumatomer är blå och selenatomer gula. Kredit:Oak Ridge National Laboratory
Att ersätta atomer i processen att tillverka tvådimensionella legeringar gör att de inte bara kan anpassas för applikationer utan kan också göra dem magnetiska, enligt Rice Universitys forskare och deras medarbetare.
En ny uppsats i Advanced Materials beskriver hur forskare på Rice, Oak Ridge National Laboratory, University of Southern California (USC) och Kumamoto University i Japan använde kemisk ångdeposition (CVD) för att göra atomtjocka ark och, i samma steg, skräddarsy deras egenskaper genom att lägga till andra element genom en process som kallas doping.
De upptäckte med överraskning att de också kunde ge 2D-arken magnetiska egenskaper.
Laboratorierna arbetade med övergångsmetalldikalkogenider, legeringar som kombinerar en övergångsmetall och kalkogenatomer till ett enda material. Övergångsmetaller är stabila grundämnen som faller i mitten av det periodiska systemet. Kalkogener inkluderar svavel, selen och tellur, också grannar med varandra i tabellen.
Genom att lägga till ett dopämne i blandningen under CVD, forskarna visade att det var möjligt att ordna om atomerna på de resulterande 2-D-kristallarken. De visade flera olika konfigurationer och fann att de kunde ersätta vissa atomer direkt med dopningsmedlet. Dessa fysiska förändringar ledde till förändringar i de platta kristallernas mekaniska och elektroniska egenskaper, sa medförfattare och Rice postdoktoral forskare Chandra Sekhar Tiwary.
En bild av rheniumdopad molybdendiselenid visar hur materialets atomstruktur har ordnats om genom tillsatsen. Nyckeln visar positionerna för rheniumatomer i blått, selen i gult och molybden i rött. Upphovsman:Oak Ridge National Laboratory
Rice lab of Pulickel Ajayan ledde projektet för att testa teorier av USC-forskare som beräknade att dopning av materialen skulle tvinga fram en fasövergång i 2D-kristallerna. Rice-teamet bekräftade teorin att tillsats av rhenium i olika mängder till molybdendiselenid under tillväxt skulle tillåta dem att skräddarsy dess egenskaper genom att ändra dess atomstruktur. De magnetiska signaturerna var en bonus.
"Vanligtvis, när du gör ett magnetiskt material, du börjar med magnetiska element som järn eller kobolt, " sa doktorand och medförfattare Amey Apte. "Rhenium, i bulk, är inte ett magnetiskt material, men det visar sig att det är i vissa kombinationer på atomär skala. Det fungerade fantastiskt i det här fallet."
Forskarna sa att de magnetiska egenskaperna de upptäckt kan göra 2D-legeringarna intressanta för dem som designar spintroniska enheter.
