RMF 24: Grafenie, posuń się...
Międzynarodowy zespół naukowców ogłosił właśnie na łamach czasopisma "Physical Review B, Rapid Communication", że wie już, jaki materiał zapewni nam jeszcze większe pożytki, niż grafen, słynna, dwuwymiarowa forma węgla. Nowego materiału, składającego się z ułożonych w sześciokąty atomów krzemu, boru i azotu fizycznie jeszcze nie ma, ale zaawansowane symulacje komputerowe wskazują, że jego właściwości - jeśli nauczymy się go wytwarzać - będzie miał niezwykłe.
Możliwość istnienia nowego materiału przewidział Madhu Menon z University of KentuckyCenter for Computational Sciences we współpracy z Ernstem Richterem z Daimler AG w Niemczech i Antonisem Andriotisem z Institute for Electronic Structure and Laser (IESL) w Grecji. W oparciu o zaawansowane symulacje komputerowe potwierdzili oni, że odpowiednie ułożenie atomów tych trzech pierwiastków pozwala otrzymać płaski materiał o własnościach, które można dopasować do różnych zastosowań w stopniu nieosiągalnym dla grafenu.
"Z pomocą symulacji komputerowych sprawdziliśmy, że wiązania atomów krzemu, boru i azotu są stabilne i nie ulegają zniszczeniu także po przyłożeniu pewnych sił" - tłumaczy Menon. "Podgrzanie do temperatury 1000 stopni Celsjusza, również nie powodowało jego rozkładu". Materiał tworzą równocześnie powszechnie dostępne pierwiastki, więc powinien być względnie tani. Grafen choć ze względu na liczne niezwykłe mechaniczne i elektryczne własności okrzyknięto go materiałem przyszłości, nie przestaje też zawodzić tych, którzy liczą na zastosowanie go w elektronice. Nie jest niestety półprzewodnikiem. Dlatego trwają próby stworzenia materiałów o podobnych do grafenu własnościach mechanicznych, które byłby równocześnie możliwe do wykorzystania w budowie elementów elektronicznych. Naukowcom udało się tu osiągnąć pewne sukcesy, jednak materiały półprzewodnikowe typu TMDC (dichalkogenki metali przejściowych) są znacznie cięższe, niż grafen i powstają ze znacznie droższych i trudniej dostępnych materiałów. Dlatego poszukiwania prowadzi się nadal. Atomy krzemu, boru i azotu można połączyć w płaską strukturę na wiele sposobów. Tylko jeden z nich jednak sprawia, że struktura jest tak stabilna. Trzeba ułożyć je w siatkę heksagonalną, podobną, jak w grafenie. Sześciokąty nie są jednak foremne, jak przedstawione na powyższym schemacie, bo zarówno wielkość atomów, jak i długość wiązań między nimi są różne. Otrzymany materiał jest metalem, ale przyłączenie do atomów krzemu dodatkowych pierwiastków pozwala łatwo stworzyć półprzewodnik. Ze względu na obecność atomów krzemu taki materiał powinien być łatwy do wbudowania w obecną, opartą na krzemie elektronikę.
Odkrywcy nowego materiału współpracują teraz z University of Louisville w celu stworzenia jego rzeczywistej próbki w laboratorium. Dopiero jej badania mogą w praktyce potwierdzić to, co na razie pokazały tylko obliczenia numeryczne. Menon jest przekonany, że jeśli materiał uda się otrzymać, jego własności mogą nas nie raz zaskoczyć.
