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新型二维材料仅两个原子厚且比钢坚固,有望应用于纳电子学和量子信息技术领域

2021-04-14 11:00栏目: 科技
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科技日报记者 刘霞

据美国阿尔贡国家实验室官网近日报道,该机构科学家与西北大学和佛罗里达大学合作,制造出了由硼和氢原子构成的稳定纳米片,这种名为氢化硼烯的二维材料仅两个原子厚,且比钢更坚固,有望在纳电子学和量子信息技术领域“大显身手”。

二维材料指具有长度和宽度、但厚度仅一两个原子的奇异材料,它们有望大幅提升电子设备、太阳能电池和医疗设备的性能。近几十年来,二维材料科学领域最激动人心的突破之一是2004年石墨烯“横空出世”,这种二维碳片的厚度仅一个原子,却比钢坚固200倍。两位发明者安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因此荣膺2010年诺贝尔物理学奖。2015年,包括阿尔贡国家实验室下属纳米材料中心在内的团队首次合成了硼烯——厚度仅一个原子的硼片。 然而,石墨烯是常见材料石墨中许多相同原子层中的一层,而硼烯却没有类似的母结构,因此很难制备。而且,硼烯会很快与空气发生反应,这意味着它极不稳定,容易变形。

西北大学材料科学和工程学教授马克·赫萨姆解释说:“硼烯本身存在各种问题,但当我们将硼烯和氢混合时,其产物会突然变得稳定得多,在纳电子学和量子信息技术等新兴领域有很大的应用潜能。”

在最新研究中,研究团队在银衬底上生成硼烯,随后使之与氢接触,形成氢化硼烯。然后,他们联合一台扫描隧道显微镜和基于计算机视觉的算法,将结构理论模型与实验测量数据进行比较,揭示了氢化硼烯的复杂结构。而且,该团队的自动化分析技术未来也可用于识别其他复杂的纳米结构。

该实验室的皮埃尔·达兰塞特说:“我们的新研究真正令人鼓舞的地方在于,银衬底上的氢化硼烯纳米片与硼烯不同——氢化硼烯相当稳定。这意味着,氢化硼烯应该很容易与其他材料结合起来为光电子学制造新设备,这种光控和发光设备可用于电信和医疗设备等领域。”

该实验室纳米科学家玛丽亚·陈则表示:“就实现氢化硼烯在纳电子学领域的巨大潜力而言,这些研究结果是重要一步。”