Космос под ногами: спецпроект Naked Science о космонавтике и «трудной» нефти
Читать
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
25.05.2020
Сколтех
1 990

Открыта и впервые синтезирована тонкая пленка из гексагонального хлорида натрия

5.5

Ученые Сколтеха и МФТИ предсказали и экспериментально подтвердили возможность существования на поверхности алмаза тонкой пленки хлорида натрия (NaCl) с необычной гексагональной структурой. Она может служить диэлектриком, отделяющим затвор от канала в полевых транзисторах на алмазе, которые могут применяться, в частности, в электромобилях и телекоммуникационном оборудовании.

Тонкая пленка хлорида натрия (NaCl) с необычной гексагональной структурой на поверхности алмаза / ©Pavel Odinev / Пресс-служба Сколтеха

Исследование проводилось с участием специалистов Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН, Института нанотехнологий микроэлектроники РАН и Высшей школы экономики (ВШЭ) при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Полученные результаты опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

В 2004 году Андрей Гейм и Константин Новоселов экспериментальным путем получили и описали теперь уже хорошо известный всем двумерный углерод – графен. За это открытие они были удостоены Нобелевской премии. После этого все ученые стали активно изучать другие двумерные материалы, обладающие столь же интересными свойствами, что и графен: это, в частности, силицен, станен и борофен, представляющие собой монослои кремния, олова и бора, соответственно, а также двумерные слои MoS2, CuO и других соединений.

Аспирантка Сколтеха Ксения Тихомирова, старший научный сотрудник Сколтеха Александр Квашнин, профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов и их коллеги обратились к результатам более ранних исследований тонких пленок NaCl и выдвинули гипотезу о том, что тонкие пленки гексагональной соли NaCl нанометровой толщины могут стабилизироваться на поверхности алмаза (110) .

«Изначально мы планировали провести только вычислительное исследование, чтобы понять, каким образом на подложках разного типа образуются новые двумерные структуры. Мы исходили из предположения о том, что при наличии сильной связи между подложкой и тонкой пленкой NaCl структура самой пленки может претерпевать существенные изменения.

Функции локализации электронов прогнозируемых пленок NaCl на алмазных подложках с кристаллографическими ориентациями поверхностей (100), (110) и (111), изоповерхностный уровень которых равен 0,8 / ©pubs.acs.org

И действительно, мы получили очень интересные результаты и предсказали образование тонкой пленки гексагонального NaCl на алмазной подложке. После этого было решено провести экспериментальное исследование для проверки полученных результатов. Благодаря непосредственному участию наших коллег, которые взяли на себя экспериментальную часть работы, нам удалось синтезировать гексагональный NaCl, тем самым подтвердив нашу исходную гипотезу», – рассказывает первый автор статьи Ксения Тихомирова.

Используя эволюционный алгоритм USPEX, разработанный профессором Огановым и его учениками, исследователи предсказали возможность образования стабильных структур, основываясь лишь на свойствах элементов химического соединения. Свое предположение о существовании гексагональной пленки хлорида натрия ученые подтвердили, синтезировав ее экспериментальным путем (методом термического испарения) на подложке алмаза с поверхностью (110) и описав ее свойства с помощью методов дифракции рентгеновского излучения и электронной дифракции отдельных участков образца (SAED).

Было установлено, что средняя толщина полученной пленки NaCl составляет около 6 нанометров. Если бы толщина пленки оказалась больше, ее структура из гексагональной превратилась бы в кубическую, свойственную обычной поваренной соли.

Ученые полагают, что благодаря сильной связи между пленкой и алмазной подложкой, а также наличию обширной запрещенной зоны, гексагональный NaCl может эффективно использоваться в качестве диэлектрика для защиты затвора в алмазных полевых транзисторах от пробоя, которые, в свою очередь, имеют широкие перспективы для практического применения в электромобилях, радарах и телекоммуникационном оборудовании.

Сканирующая электронная микроскопия изображения осаждения NaCl на алмазе: а) (100); б) (110); с) (111) / ©pubs.acs.org

В настоящее время в полевых транзисторах на алмазе в качестве диэлектрического слоя чаще всего используют гексагональный нитрид бора, который практически не отличается от NaCl по ширине запрещенной зоны, но значительно уступает ему по силе связи с подложкой.

«Результаты нашей работы показывают, что эта область еще очень мало изучена. Пока удалось открыть лишь малую часть двумерных материалов, обладающих необычными свойствами. Мы работаем в этом направлении уже достаточно давно. Еще в 2014 году мы описали механизм расщепления тонких пленок из кубического NaCl на гексагональные слои, аналогичные графену. Это говорит о том, что это привычное и, казалось бы, хорошо изученное соединение таит в себе еще много секретов, особенно переходя к наномасштабу.

Эта работа – наш первый шаг в поиске новых материалов, аналогичных NaCl и обладающих большей стабильностью, более низкой растворимостью, более высокой термостойкостью и так далее. Материалы с такими свойствами могли бы эффективно использоваться в различных видах электроники», – отмечает Александр Квашнин.

Исследование ученых стало новым шагом на пути к пониманию механизма образования тонких пленок на поверхности подложек и способов управления их свойствами. Полученные результаты позволяют говорить о том, что дальнейшие поиски могут привести к открытию новых двумерных материалов с потенциалом практического применения не только в электронике, но и в других областях.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 17:40
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

Позавчера, 08:19
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

Сегодня, 08:22
Роман Босиков

Ресурсы Земли ограничены, и вопросы о том, где брать их в будущем, возникают уже сейчас. Наиболее подходящим ответом на растущие запросы человека представляется космос с его бескрайними просторами и астероидами, набитыми редкими металлами. Но кто и как планирует добывать руды на «космических булыжниках»? И главное, это вообще реально? Naked Science размышляет о культурном наследии, настоящем и будущем коммерческого освоения астероидов.

Вчера, 17:40
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

21 января
Сергей Васильев

Грибница вешенок оказалась усеяна крошечными отростками, заполненными мощным нейротоксином, который почти мгновенно парализует мелких червей. Ученым удалось выяснить, из чего состоит и как действует этот смертельный яд.

Позавчера, 08:19
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

9 января
Александр Березин

Избыточный вес убивает куда больше людей, чем войны с голодом вместе. До самых недавних пор это объясняли то «мусорным» фастудным питанием, то недостаточными физическими нагрузками. Научные работы показывают: эти гипотезы были неверны. За последние полвека сильно потолстели даже лабораторные животные, корм и нагрузки которых не менялись. Эпидемия лишнего веса действительно убийственна, но ее причина не в калориях или нехватке нагрузки. А в чем же? Naked Science исследует для вас этот вопрос.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: