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白石墨烯通过添加氟原子变为半导体

类别:行业知识  

少量的氟将白色石墨烯由绝缘体转变成具有磁性的宽带隙半导体。莱斯大学的科学家表示,这样可以使独特的材料适用于极端环境中的电子设备。

莱斯大学研究人员的一篇概念证明论文证实了将二维六方氮化硼(h-BN)(即白色石墨烯)从绝缘体转变为半导体的方法。他们说,磁性是一个意想不到的额外收获。

由于原子薄的材料是一种特殊的热导体,研究人员认为它可能对高温应用中的电子产品有用,甚至可能是磁存储器件。

莱斯大学的科学家Pulickel Ajayan表示:“h-BN是一种稳定的绝缘体,在商业上非常有用,可用于保护涂层甚至在化妆品中,因为它吸收了紫外线。研究人员尝试修改其电子结构已经付出了很多努力,但是我们认为它不会成为半导体和磁性材料。所以这项研究是非常不同的,没有人在h-BN中看到这种行为。”

研究人员发现,向h-BN添加氟,并引入到原子矩阵中的缺陷,从而减小了带隙,使其成为半导体。带隙决定材料的导电性。

莱斯大学博士后研究员兼合着者Chandra Sekhar Tiwary说:“我们看到加入约5%的氟时,带隙缩小了。随着继续增加氟,带隙变小,但只是到了某一点。精确的控制氟是我们需要处理的。我们可以得到一个范围,但还没有实现精确的控制。由于材料原子薄,一个原子减少或增多都会带来相当多的变化。在接下来的一组实验中,我们想要学会精确地调整原子。”

他们确认,添加氟原子施加的张力改变了氮原子中电子的“自旋”,并影响了它们的磁矩,这些决定了原子如何像无形纳米尺度罗盘那样对磁场发生响应。

赖斯大学的研究生兼主要作者Sruthi Radhakrishnan说:“我们看到角度定向旋转,这对于二维材料来说非常不寻常。与对准以形成铁磁体或彼此抵消不同,自旋随机倾斜,使平面材料随机存储净磁性。这些铁磁体或反铁磁性存储可以存在于相同的h-BN样品中,这使得它们与竞争的领域成为“沮丧的磁体”。

研究人员说,他们这种简单、可扩展的方法在其他2-D材料中具有潜在应用价值。“通过纳米工程制造新材料正是我们研究组所关注的。”Ajayan说。