Рубрики Учeныe из Унивeрситeтa Рaйсa (штaт Тexaс) нaшли спoсoб сделать уникальный 2D-материал пригодным для применения в электронике, работающей в экстремальных условиях.
В обычном виде гексагональный нитрид бора (h-BN), также называемый (за сходство двумерных решёток) белый графен, является диэлектриком, однако открытие, о котором сообщается на этой неделе в журнале Science Advances, позволяет не только превратить его в полупроводник, но и наделить его неожиданными магнитными свойствами.
Авторы обнаружили, что для этого требуется добавить в h-BN атомы фтора. Они приводят к возникновению дефектов в 2D-решётке этого материала, что в свою очередь уменьшает ширину запрещённой зоны, определяющей электропроводность материала.
Для уменьшения запрещённой зоны до уровня полупроводника оказалось достаточно 5%-й концентрации фтора. Дальнейшее фторирование уменьшает ширину зоны, но лишь до определённого уровня. Авторы указывают, что пока смогли установить только пределы её изменения, над методикой тонкого контроля предстоит ещё поработать. Поскольку материал имеет атомарную толщину, добавление даже одного лишнего атома фтора может существенно менять его свойства.
.
«Нитрид бора является стабильным изолятором и коммерчески широко применяется в качестве защитного покрытия даже в косметике, поскольку поглощает ультрафиолетовый свет, — комментирует один из авторов, Пуликел Аджаян (Pulickel Ajayan). — Было предпринято много усилий, чтобы изменить его электронную структуру, но мы не думали, что он может стать одновременно полупроводником и магнитным материалом».
Они объясняют неожиданный магнетизм тем, что атомы фтора, вторгаясь создают напряжения, меняющие спин электронов атомов азота. При этом, индивидуальные спины не приобретают одинаковую ориентацию, как в ферромагнитах, и не обнуляются взаимно, а выстраиваются под произвольными углами — очень необычное поведение для 2D-материалов. В результате получается «магнитная сеть» с ферро- и антиферромагнитными ячейками, превращающая h-BN в так называемый фрустрированный магнит с конкурирующими доменами.
В силу своей ничтожной толщины такой материал великолепно проводит тепло. Это, по мнению техасских учёных позволит использовать его в электронных схемах, предназначенных для работы при высоких температурах, а возможно даже в устройствах магнитной памяти.
Авторы этого простого и масштабируемого метода теперь планируют попробовать применить его для модифицирования свойств других 2D-материалов.