Topppanel:Transformation av epitaxiell silicen på ZrB2 från domänstruktur till singeldomän. Etiketterna a, b, c och d representerar fyra olika förskjutningar av silicengittret som är ett resultat av närvaron av dislokationerna. Kiselatomer i domänerna, gränser och ovanpå Zr är blå, gult respektive rött. De översta Zr-atomerna är färgade grå. De mörkgrå Zr-atomerna används för att visualisera skiftningarna av domänerna som visualiseras av positionerna för röda atomer. De motsvarar positionerna för röda Si-atomer för en endomän a. De gröna linjerna jämför positionerna för Si-atomerna före och efter sammanslagning av fyra på varandra följande domäner till en enkeldomän a genom reaktionen av 4 dislokationer. En rad Si-atomer (färgade i rosa) kan sedan införlivas i det resulterande gapet. Nedre panel:STM-bilder som visar vägen som naturen hittat för att lösa detta atomistiska pussel. Kredit:Japan Advanced Institute of Science and Technology
Vi kan föreställa oss att kristaller är perfekta strukturer, men de är, faktiskt, ofta plågas av "defekter". Märkligt nog, sådana defekter uppstår ofta på grund av atomer som genomgår omorganisering för att sänka energin i systemet och uppnå stabilitet.
"Dislokationer kan starkt påverka de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos en kristall. Dessutom, de kan genomgå "reaktioner" när t.ex. spänning appliceras på kristallen eller atomer tillsätts till dess yta. Att studera hur dislokationer reagerar kan, därför, ge avgörande insikter om hur man botar dessa kristalldefekter. Silicen på zirkoniumdiborid (ZrB 2 ) ger en perfekt testbädd för det.
Denna tvådimensionella form av kisel har en rad dislokationer som försvinner när få Si-atomer avsätts ovanpå den. Denna förvandling, som undertrycker den höga kostnaden för energi som orsakas av närvaron av obundna Si-atomer på ytan, kräver reaktion av fyra dislokationer för att skapa det utrymme som krävs för att rymma de avsatta atomerna i silicenarket. Eftersom detta kräver rörelse av ett stort antal atomer och för att övervinna den frånstötande interaktionen mellan dislokationerna, denna transformation såg mycket osannolik ut vid första anblicken:det är ett veritabelt atomistiskt pussel som måste lösas för att integrera de deponerade atomerna, " säger universitetslektor Antoine Fleurence från Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), Japan, som arbetar med 2D-material.
I en ny studie publicerad i 2D Materials, Dr. Fleurence och hans kollega, Prof. Yukiko Yamada-Takamura från JAIST, övervakade med scanning tunneling microscopy (STM) utvecklingen av dislokationer i ett silicenark i realtid efter avsättning av kiselatomer (Si) på det.
Genom denna realtidsövervakning kunde det knep som användes av naturen för att integrera de avsatta Si-atomerna och erhålla ett dislokationsfritt silicenark fastställas:silicenarket upplever en sekvens av dislokationsreaktioner under vilka integrationen av Si-atomer i silicenarket sker . Lokalt "kärnbildade" endomänsöar sprider sig sedan över hela silicenarket för att så småningom resultera i en dislokationsfri, en domänstruktur.
"Informationen om dislokationsdynamik som tillhandahålls av denna studie kan användas för att hitta lösningar för att läka strukturella defekter i liknande 2D-material, gränssnitt, och ett brett utbud av nanomaterial, " säger Dr Fleurence.
