Открыта и впервые синтезирована тонкая пленка из гексагонального хлорида натрия — Naked Science
10 минут
Сколтех

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.
Сколтех
145 статей
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.
10 часов назад
7 минут
Василий Парфенов

Американская компания Eat Just получила одобрение сингапурского регулятора и отныне может поставлять свою продукцию на продажу. В ближайшие месяцы первые партии выращенного в пробирке куриного мяса поступят в один из ресторанов города Сингапур.

Вчера, 17:37
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых выделила шесть хронотипов, которые точнее определяют биологические ритмы людей.

Вчера, 12:57
4 минуты
Ольга Иванова

Знаменитые фигурки женщин, древнейшие из которых датируются более чем 30 тысячами лет назад, с давних пор служат объектом научных споров: неясно назначение этих предметов. Американские ученые выдвинули еще одну гипотезу.

30 ноября
7 минут
Василий Парфенов

История с загадочным артефактом в американском штате Юта становится все запутаннее. Мало того, что, вопреки всем предосторожностям властей, «монолит» нашли любопытные граждане, так его еще украли. А недавно стало известно об аналогичной находке в Европе — на территории археологического памятника в Пятра-Нямце, Румыния.

26 ноября
32 минуты
Илья Ведмеденко

Недавние события в Нагорном Карабахе показали, что победить в современной войне, не имея ударных беспилотников, сложно. Россия пока отстает от стран Запада, Китая, Израиля и даже Турции, но делает все возможное, чтобы сократить этот разрыв.

30 ноября
5 минут
Василий Парфенов

Пилотируемый глубоководный аппарат «Фэньдоучжэ» опустился на глубину 10 909 метров в Марианскую впадину. Во время этого погружения впервые осуществлялась прямая трансляция фото и видео на поверхность.

14 ноября
35 минут
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
8 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: