В поисках нового пути: взаимодействие изоляторов и проводниковПроводники и изоляторы существуют повсюду в жизни и позволяют выполнять как тривиальные, так и жизненно важные задачи: перемешивание кастрюли с супом или протекание электричества, такого как течение реки, питание генераторов в больницах и даже компьютерный экран » смотрите прямо сейчас. Проводящий материал, такой как металл, позволяет электронам свободно перемещаться от материала к материалу, позволяя заряду перемещаться по всей его поверхности. Если материал касается другого проводящего материала, заряд переносится и повторяет упражнение постоянно.
Это, конечно, если только он не взаимодействует с изолятором.Взаимодействие изоляторов и проводниковПредставьте отношения между нашими двумя актерами, как машину, едущую по длинной прямой дороге со светофорами, разбросанными по всему свету.
Автомобиль, изображающий проводника, мчится свободно, пока не загорится красный свет — изолятор — и цепь выйдет из строя. Изоляторы — это материалы, которые препятствуют свободному движению электронов от атома к атому и от молекулы к молекуле.
Если заряд, протекающий по проводнику, внезапно передается на изолятор, избыточный заряд останется в исходном месте. Изоляторы не позволяют электронам свободно течь, подобно машине, которую заставляют терпеливо сидеть на красный свет.
Исследователи из Центра комплексной физики наноструктур (CINAP) Института фундаментальных наук тщательно изучили взаимосвязь между изоляторами и проводниками. Международная группа, возглавляемая директором CINAP Янг Хи Ли, тщательно протестировала слоистый гексагональный нитрид бора (h-BN) — изолирующий двухмерный материал (2-D) с замечательными свойствами. Все атомы в материалах двухмерного слоя подвергаются воздействию поверхности, на соответствующие физические и химические свойства сильно влияют прилегающие материалы, а иногда и гофрирование поверхности. Поэтому требуется особая осторожность при работе с атомарно тонкими слоистыми материалами.
У h-BN есть несколько уникальных физических и химических свойств, которые могут быть использованы в качестве сухой смазки, пассивирующего слоя и излучателя глубокого ультрафиолета.Согласно статье группы, опубликованной в Nature Communications, слой h-BN также превосходит свой конкурирующий изолятор, диоксид кремния (SiO2), поскольку он «продемонстрировал, что является идеальной подложкой {поддерживающим материалом} для 2-D материалов из-за благодаря атомарной плоскостности, большой ширине запрещенной зоны, превосходной механической прочности, отсутствию оборванных связей и низкому диэлектрическому экранированию ». Компаунд очень востребован для многочисленных приложений реальных устройств в производстве клавиатур и силовых кабелей.
Процесс синтезаВ статье группа сообщает о пленках h-BN большой площади, выращенных методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) с использованием медной фольги (Fe-фольга). CVD — это метод, используемый для производства твердых материалов высокого качества с высокими эксплуатационными характеристиками. Толщина h-BN (5-15 нм) регулируется скоростью охлаждения, то есть отдельными атомами бора и азота, которые осаждаются на железной подложке при высокой температуре.
Полевые транзисторы (FET) с выращенным методом CVD однослойным графеном, однослойным дисульфидом молибдена (MoS2) и однослойным диселенидом вольфрама (WSe2) — оба полупроводниковых материала — изготавливаются на выращенных многослойных подложках h-BN, обеспечивая подвижность носителей как высокие ~ 24000, 40 и ~ 9 см2 В-1 · с-1 при комнатной температуре соответственно. Сообщаемая подвижность графена является наивысшей величиной среди тех, что были в предыдущих отчетах с образцами графена, выращенными методом CVD, на подложках h-BN, выращенных методом CVD.Реальное применение h-BN в двухмерных материалах
Гексагональный нитрид бора является идеальной подложкой для двумерных материалов, включая графен и семейство дихалькогенидов переходных металлов (TMdC). Хотя расслоенный h-BN дает очень высокую производительность, интеграция невозможна в ограниченной области. H-BN, выращенный методом CVD на больших площадях, можно легко интегрировать с различными двумерными материалами. Чтобы продемонстрировать пленку h-BN в качестве потенциальной подложки, были изготовлены устройства из графена, MoS2 и WSe2 поверх нашего h-BN, выращенного методом CVD с большой площадью.
Высококачественная h-BN-подложка большой площади в этой работе не только обеспечивает высокие характеристики двумерной наноэлектроники будущего, но также обеспечивает новую технику синтеза потенциальных многослойных двумерных материалов.