Ett lager av hexagonal bornitrid har formen av en kycklingnät, och bildas genom växlingen av bor (B, rosa) och kväve (N, blå). Beroende på hur lagren staplas ihop, materialet antar olika arrangemang:AA, AB, AC, AA', AB', och AC'. Teamet uppnådde och studerade en AA?/AB staplingsgräns för första gången. Upphovsman:IBS
Inom området 2D-elektronik, normen brukade vara att grafen är huvudpersonen och hexagonal bornitrid (hBN) är dess isolerande passiva stöd. Forskare vid Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) inom Institutet för grundläggande vetenskap (IBS, Sydkorea) gjorde en upptäckt som kan förändra rollen för hBN. De har rapporterat att stapling av ultratunna ark av hBN på ett speciellt sätt skapar en ledningsgräns med noll bandgap. Med andra ord, samma material kan blockera flödet av elektroner, som en bra isolator, och även leda elektricitet på en specifik plats. Publicerad i tidskriften Vetenskapens framsteg , detta resultat förväntas öka intresset för hBN genom att ge det en mer aktiv del i 2D-elektronik.
På samma sätt som grafen, hBN är ett 2D-material med höga kemikalier, mekanisk och termisk stabilitet. hBN-ark liknar en hönsnät, och är gjorda av hexagonala ringar av alternerande bor- och kväveatomer, starkt sammanbundna. Dock, till skillnad från grafen, hBN är en isolator med ett stort bandgap på mer än fem elektronvolt, vilket begränsar dess tillämpningar.
"I motsats till det breda spektrumet av föreslagna tillämpningar för grafen, sexkantig bornitrid betraktas ofta som ett inert material, till stor del begränsad som substrat eller elektronbarriär för 2D-materialbaserade enheter. När vi började denna forskning, vi var övertygade om att en minskning av bandgapet för hBN kunde ge detta material mångsidigheten hos grafen, "säger den första författaren, Hyo Ju Park.
Flera försök att minska bandgapet för hBN har mestadels varit ineffektiva på grund av dess starka kovalenta bor-kvävebindningar och kemiska tröghet. IBS-forskare i samarbete med kollegor vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Sejong universitet, Korea, och Nanyang Technological University, Singapore, lyckades producera en speciell staplingsgräns för några få hBN-lager med ett bandgap på noll elektronvolt.
En ledande kanal bildas vid staplingsgränsen för hexagonal bornitrid (hBN)-skiva som ser ut att sys ihop med avlånga hexagonala ringar. Den förenar ett arrangemang av alla kväveatomer som ligger ovanför boratomer, och alla boratomer som ligger ovanför kväveatomer i perfekt inriktade positioner (vänster sida av kanalen) och en annan konfiguration där hälften av atomerna ligger över mitten av ringarna på det nedre arket, och den andra halvan överlappar med atomerna under (kanalens högra sida). Upphovsman:IBS
Transmissionselektronmikroskopbilder av hexagonal bornitrid i få lager med atomärt skarpa AA'/AB staplingsgränser. Nollbandgapkanalerna mellan AA' och AB indikeras med gula streckade linjer i (b), och representerad med hög upplösning också i (c), (d) och (e). Upphovsman:IBS
Beroende på hur hBN-arken är staplad, materialet kan anta olika konfigurationer. Till exempel, i det så kallade AA-arrangemanget, atomerna i ett lager är inriktade direkt på toppen av atomer i ett annat lager, men på varandra följande skikt roteras så att bor är beläget på kväve och kväve på boratomer. I en annan typ av layout, känd som AB, hälften av atomerna i ett lager ligger direkt över mitten av de hexagonala ringarna på det nedre arket, och de andra atomerna överlappar med atomerna under.
För första gången, teamet har rapporterat atomärt skarpa AA'/AB-staplingsgränser bildade i få-lagers hBN som odlats genom kemisk ångavsättning. Kännetecknas av en rad avlånga sexkantiga ringar, denna specifika gräns har noll bandgap. För att bekräfta detta resultat, forskningen utförde flera simuleringar och tester via transmissionselektronmikroskopi, täthet funktionella teori beräkningar, och ab initio simuleringar av molekylär dynamik.
"En atomledande kanal utökar användningsområdet för bornitrid oändligt, och öppnar nya möjligheter för all-hBN eller alla 2-D nanoelektroniska enheter, "påpekar motsvarande författare Zonghoon Lee.
