​Сколтех совместно с Институтом теоретической физики Германии исследуют наноматериалы для аккумуляторных батарей

-
12:00
102
​Сколтех совместно с Институтом теоретической физики Германии исследуют наноматериалы для аккумуляторных батарей

Исследователи из Сколковского института науки и технологии (Сколтех) в России и Института теоретической физики (MITP) в Майнце в Германии предсказали, а затем экспериментально подтвердили существование экзотических шестиугольных тонких пленок NaCl на алмазной поверхности.

Эти пленки могут быть полезны в качестве затворных диэлектриков для полевых транзисторов в электромобилях и телекоммуникационном оборудовании.

Как графен, знаменитый двумерный углерод, был экспериментально подготовлен и охарактеризован в 2004 году будущими нобелевскими лауреатами Андреем Геймом и Константином Новоселовым, ученые приступили к изучению других двумерных материалов с интересными свойствами. Среди них кремний, станен и борофен — монослои кремния, олова и бора соответственно, а также 2D-слой из MoS2, CuO и других соединений.

Аспирант Сколтеха Ксения Тихомирова, доктор технических наук Александр Квашнин из Сколтеха и профессор Артем Р. Оганов из Сколтеха и МФТИ вместе со своими коллегами, опираясь на ранее проведенные исследования тонких пленок NaCl, выдвинули гипотезу о существовании необычной шестиугольной пленки NaCl толщиной в нанометр на поверхности.

«Первоначально мы решили провести только вычислительное исследование формирования новых 2D структур на различных подложках, руководствуясь гипотезой о том, что если подложка сильно взаимодействует с тонкой пленкой NaCl, то можно ожидать серьезных изменений в структуре тонкой пленки. Действительно, мы получили очень интересные результаты и предсказали образование шестиугольной пленки NaCl на алмазной подложке, а также решили провести эксперименты. Благодаря нашим коллегам, которые проводили эксперименты, мы синтезировали эту шестиугольную NaCl пленку, что доказывает нашу теорию», — говорит Ксения Тихомирова, первый автор статьи.

Исследователи впервые использовали USPEX, эволюционный алгоритм, разработанный Огановым и его учениками, для прогнозирования структур с наименьшими энергиями на основе только задействованных химических элементов. После предсказания гексагональной пленки NaCl они подтвердили ее существование, проведя экспериментальный синтез и охарактеризовав ее с помощью измерений XRD (рентгеновская дифракция) и SAED (электронная дифракция выбранной области). Средняя толщина пленки NaCl составляла около 6 нанометров — более толстая пленка возвращалась от шестиугольной к кубической структуре, характерной для известной нам поваренной соли.

Ученые считают, что благодаря сильному связыванию с алмазной подложкой и широкой полосе пропускания, гексагональный NaCl может хорошо работать как затворный диэлектрик в алмазных FET-транзисторах — транзисторах с полевым эффектом, которые показывают потенциал для использования в электромобилях, радарах и телекоммуникационном оборудовании. В настоящее время в этих FET обычно используется гексагональный нитрид бора, который имеет более слабую связь с подложкой.

«Наши результаты показывают, что область 2D материалов еще очень молода, и ученые обнаружили лишь малую часть возможных материалов с интригующими свойствами. У нас есть давняя история, начинающаяся с 2014 года, когда мы описали способ, которым кубические тонкие пленки NaCl могут быть разделены на шестиугольные графеноподобные слои. Это показывает, что за этим простым и распространенным соединением, казалось бы, хорошо изученным, скрывается много интересных явлений, особенно в наноразмерном масштабе. Эта работа — наш первый шаг на пути поиска новых материалов, таких как NaCl, но обладающих лучшей стабильностью (более низкой растворимостью, более высокой термической стабильностью и т.д.), которые затем могут быть эффективно использованы во многих областях применения в электронике», — отмечает Александр Квашнин, старший научный сотрудник Сколтех.

Эта работа приближает нас к пониманию того, как контролировать внешний вид и, как следствие, свойства двумерных материалов с помощью подложки. Исследования также открывают двери для большего количества двумерных материалов с потенциальным применением в электронике и за ее пределами.

К числу других учреждений, участвующих в этих исследованиях, относятся Институт биохимической физики им. Эмануила РАН, Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН и Высшая школа экономики.

Исследования, проведенные при поддержке Российского научного фонда, были опубликованы в журнале «Письма по физической химии».

RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...