(Vänster) Superatomisk struktur och (höger) exfolierade 15 nm tjocka flingor av materialet Re6Se8Cl2. Kredit:Zhong et al. ©2018 American Chemical Society
Atomer är de grundläggande byggstenarna i all materia - åtminstone, det är den konventionella bilden. I en ny studie, forskare har tillverkat den första superatomiska 2-D-halvledaren, ett material vars grundläggande enheter inte är atomer utan superatomer - atomkluster som uppvisar några av egenskaperna hos en eller flera individuella atomer. Forskarna förväntar sig att det nya materialet bara är den första medlemmen i vad som kommer att bli en ny familj av 2D-halvledare vars superatomära strukturer kommer att avsevärt utöka mångfalden, funktionalitet, och tillämpningar av 2D-material.
Xinjue Zhong och medförfattare från Columbia University i USA, CNR-ISTM och D3-CompuNet vid det italienska tekniska institutet i Italien, och CNRS UMR, Universitetet i Angers i Frankrike, har publicerat ett papper om den första superatomiska 2-D-halvledaren i ett nyligen utgåva av Nanobokstäver .
"Detta arbete öppnar dörrarna till nya klasser av 2D-material med potentiellt större avstämningsbarhet och kontroll över deras fysiska egenskaper, "berättade medförfattaren Xiaoyang Zhu vid Columbia University Phys.org .
Som forskarna förklarar i sin artikel, området 2D-material är fortfarande ett mycket ungt forskningsområde, och de flesta 2D-material har för närvarande relativt enkla strukturer. Grafen, till exempel, består av ett enda lager kolatomer. I kontrast, bulkmaterialen som studeras i fasta tillståndskemi har en mycket större variation av strukturell komplexitet, vilket har lett till ett sortiment av elektriska, optisk, och magnetiska applikationer.
I den nya studien, forskarna visar att design av 2D-material med en superatomisk struktur kan ge en väg mot att förverkliga större mångfald och resulterande tillämpningar. Även om superatomära material tidigare har visats i tre dimensioner, hittills har det inte varit möjligt att framställa dessa material i två dimensioner på grund av brist på kovalent bindning mellan superatomerna.
Här, forskarna undersökte ett lite studerat material som heter Re 6 Se 8 Cl 2 , rapporterades första gången 1983. Deras analys visade att materialets struktur inte består av lager av enstaka atomer som i grafen, men av "pseudokvadratgitter av lutade kluster" som är karakteristiska för en superatomisk struktur.
I detta material, de superatomära klustren är sammanlänkade genom starka kovalenta bindningar, ändå är interaktionerna mellan lagren svaga, gör det möjligt att exfoliera tunna ark av materialet samtidigt som dess superatomiska struktur bibehålls. Med hjälp av tejpmetoden, forskarna producerade superatomära flingor ungefär 15 nm tjocka, och arbetar för närvarande med att förbereda enskiktsflingor.
Baserat på deras inledande tester av de elektroniska och optiska egenskaperna hos Re 6 Se 8 Cl 2 flingor, forskarna förväntar sig att den unikt komplexa strukturen hos sådana superatomära 2-D-halvledare kommer att erbjuda ett lovande tillvägagångssätt för att förverkliga 2-D-material med nya, inställbara egenskaper och funktioner.
"Vi planerar att utforska multifunktionalitet, kontroll av elektroniska och fononfria frihetsgrader, och starkt korrelerade fysiska fenomen i dessa nya 2-D halvledare, " sa Zhu.
© 2018 Phys.org
