Слои кристаллических нанолистов позволяют настраивать электронные свойства

Бор — универсальный неметаллический элемент, но до последних пяти лет химики только теоретизировали о полезных свойствах и применении двумерных (2D) борсодержащих материалов. Группа под руководством исследователей из Университета Цукубы воплотила теорию в жизнь, подготовив первые двумерные нанолисты моносульфида бора (BS), которые можно обрабатывать слой за слоем для контроля их электронных свойств.

Присущие 2D-материалам большие площади поверхности и разнообразные электронные состояния делают их хорошими кандидатами на применение в батареях и других устройствах. Кроме того, объединение 2D-строительных блоков в новые материалы может обеспечить больший контроль над их функциональностью. Предыдущие вычислительные исследования показали, что BS может принять несколько стабильных двумерных структур с уникальными свойствами. Поэтому исследователи изготовили объемный материал 1:1 бор:сульфид, который имел ромбоэдрическую (трехмерный ромб) кристаллическую структуру (r-BS), а затем удалили отдельные нанослои (2D BS), которые сохранили свойства исходного материала. кристаллическое расположение.

«Наш анализ подтвердил то, что предсказывали наши собственные расчеты», — говорит руководитель исследовательской группы профессор Такахиро Кондо. «То есть нанолисты BS имели другую ширину запрещенной зоны, чем объемный материал, и, что важно, ширину запрещенной зоны можно было настроить в зависимости от количества уложенных друг на друга 2D-листов BS».

Способность проводить электрический ток связана с шириной запрещенной зоны материала, поэтому это ключевое свойство, связанное с потенциальными приложениями в электронных устройствах. Исследователи обнаружили, что ширина запрещенной зоны одного нанолиста BS была относительно большой, но она постепенно уменьшалась по мере добавления одного или двух дополнительных слоев нанолиста. Ширина запрещенной зоны пакета в конечном итоге достигла уровня объемного r-BS после того, как было собрано около пяти листов.

«Эта особенность и легкая эффективная электронная масса нанолистов BS указывают на то, что они потенциально могут служить полупроводниковыми материалами n-типа с высокой проводимостью, — сказал Кондо, — что делает их уникальными среди других известных двумерных борсодержащих материалов, которые не есть зазоры."

Из-за их различных структур запрещенной зоны электроды, содержащие r-BS или 2D BS, реагировали на разные длины волн света. r-BS требовалось излучение с более низкой энергией (видимый свет), чтобы проводить ток и проявлять фотокаталитическое поведение, в то время как большая ширина запрещенной зоны 2D BS была активна только в ультрафиолетовом свете с более высокой энергией.

Действительно, бор далеко не скучен! Эти вызванные светом явления подчеркнули тот факт, что двумерные материалы моносульфида бора можно применять в фотокаталитических или электронных устройствах, и, что важно, их свойства можно настраивать по мере необходимости, контролируя количество нанолистов.