2D kristalli

Kaksiulotteinen kide  on litteä kide , jolla on translaatiosymmetriaa vain kahdessa suunnassa. Kiteen paksuus on paljon pienempi kuin sen ominaismitat tasossa. Pienen paksuuden ja siten korkeiden mekaanisten jännitysten vuoksi kaksiulotteiset kiteet tuhoutuvat erittäin helposti, joten ne sijaitsevat yleensä bulkkimateriaalien pinnalla tai kelluvat liuoksissa, kun taas jälkimmäisessä tapauksessa kiteiden koko on noin 1 mikroni. Kaksiulotteisilla kiteillä on nauharakenne , joten ne puhuvat metallisista, puolijohde- ja dielektrisistä ominaisuuksistaan. Tutkijat rajoittavat kaksiulotteisten kiteiden lukumäärän 500:aan [1] .

Kaksiulotteisten kiteiden vakaus

1930-luvulla Landau ja Peierls osoittivat, että kaksiulotteinen kide tuhoutuisi varmasti hilassa olevien atomien sijainnin lämpövaihteluilla . Tämä lausunto oli yhdenmukainen vuosikymmenien ajan kokeellisten tietojen kanssa.

Siitä huolimatta, omasta kaksiulotteisuudestaan ​​​​huolimatta, kaksiulotteiset kiteet ovat edelleen kolmiulotteisessa tilassa, ja poikittaisten muodonmuutosten vuorovaikutus tasossa olevien muodonmuutosten kanssa johtaa termodynaamiseen stabiilisuuteen. [2] Jos kalvo on hieman epämuodostunut, esimerkiksi siinä on aaltoja, nanometrin kokoisia kuoppia, niin tällainen rakenne voi olla olemassa ilman kosketusta alustaan. Tällaisen vaikutuksen mahdollisuus ennustettiin aiemmin, mutta kysymys eristettyjen kaksiulotteisten kiteiden todellisesta olemassaolosta jäi avoimeksi Geimin ja Novoselov -ryhmän kokeisiin asti vuonna 2004 .

Grafeenin kohoumien poikittaiskoko on noin 10 nm, ja niiden korkeus on alle nanometrin. [3]

Hakumenetelmät

Grafeeni [4] oli ensimmäinen tutkituista kaksiulotteisista kiteistä . Se saatiin mekaanisella halkaisulla massagrafiittikiteestä . Tämä menetelmä osoittautui käteväksi muiden kaksiulotteisten kiteiden saamiseksi kerrostetuista materiaaleista [5] . Toinen kaksiulotteinen fosforikide , joka koostui fosforista, saatiin samalla tavalla.

Grafeenin ja muiden kaksiulotteisten kiteiden saamiseksi on tähän mennessä kehitetty erilaisia ​​fysikaalisia ja kemiallisia menetelmiä , joista pääasiallinen on kemiallinen höyrypinnoitus (CVD), jonka avulla on mahdollista saada laadukkaita kiteitä suhteellisen halvalla. CVD mahdollistaa kaksiulotteisten senttimetrin kokoisten yksittäiskiteiden saamisen [6] .

Esimerkkejä kaksiulotteisista kiteistä

Kaksiulotteisista kiteistä voidaan erottaa suuri luokka kerrosmateriaaleja, jotka koostuvat kalkogenideistä (S, Se, Te) ja siirtymämetalleista (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt ) kaavan MeX 2 mukaisesti [7] [8] .

2D kristalleja
Elementti Yhdiste Lähde
5
B
Boori 		h-BN
borofeenit 		[9] [10]

6C hiili _
 Grafeeni , Dekantteri [11] [12]
14Si- pii
_
 Silikeeni [13]
15
P
Fosfori 		Fosforeeni [13]
22
Ti
titaania 		TiS2 , TiSe2 , TiTe2 _ _ [9]
23V Vanadiini
_
 VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , VCl 2 , VBr 2 , VI 2 [9]
24C Chrome
_
 CrS 2 , CrSe 2 , CrTe 2 [9]
39
Y
yttrium 		YN 2
32
Ge
Germanium 		Germanen [neljätoista]
40
Zr
Zirkonia 		ZrS2 , ZrSe2 , ZrTe2 , ZrN2 _ _ _ [9] [15]
41
Nb
niobiumia 		NbS2 , NbSe2 , NbTe2 _ _ _ [9]
42
Mo
Molybdeeni 		MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , MoN 2 [9] [15]
43
Tc
Technetium 		TcN 2 [viisitoista]
46
Pd
Palladium 		PdS2 , PdSe2 , PdTe2 _ _ _ [9]
50
Sn
Tina 		Stanen [13]
51
Sb
Antimoni 		Antimonen [16] [17]
72
Hf
Hafnium 		HfS2 , HfSe2 , HfTe2 _ _ [9]
73
Ta
Tantalum 		TaS2 , TaSe2 , TaTe2 _ _ [9]
74
W
volframi 		WS 2 , WSe 2 , WTe 2 [9]
78
Pt
platina 		PtS2 , PtSe2 , PtTe2 _ _ _ [9]

Orgaanisia kaksiulotteisia kiteitä on myös olemassa, kuten (BEDT-TTF) 2 X .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Gibney, Elizabeth . Supermateriaaleja, jotka voivat voittaa grafeenin , Luonto , Luonto (17.6.2015). Arkistoitu alkuperäisestä 31. lokakuuta 2015. Haettu 1. marraskuuta 2015.
  2. ↑ JC Meyer, A.K. Geim, M.I. Katsnelson, K.S. Novoselov, T.J. Booth, S. Roth. Ripustettujen grafeenilevyjen rakenne // Luonto. - 2007. - Voi. 446.-s. 60-63. - doi : 10.1038/luonto05545 .
  3. ↑ Matka tasanmaan läpi
  4. ↑ K. S. Novoselov et ai. Sähkökenttävaikutus atomiohuissa hiilikalvoissa // Tiede. - 2004. - Voi. 306, nro 5696.-s. 666-669. - doi : 10.1126/tiede.1102896 .
  5. ↑ K. S. Novoselov et ai. Kaksiulotteiset atomikiteet // PNAS. - 2005. - Voi. 102, nro. 30. - P. 10451-10453. - doi : 10.1073/pnas.0502848102 .
  6. ↑ J.-H. Lee et ai. Yksikiteisen yksikerroksisen grafeenin kiekkojen kasvu uudelleenkäytettävällä vetyterminoidulla germaniumilla // Tiede. - 2014. - Vol. 344, nro 6181. - s. 286-289. - doi : 10.1126/tiede.1252268 .
  7. ↑ Lebègue S., Björkman T., Klintenberg M., Nieminen RM ja Eriksson O. Kaksiulotteisia materiaaleja datasuodatuksesta ja Ab Initio Calculations  // Phys. Rev. X. - 2013. - T. 3 . - S. 031002 . - doi : 10.1103/PhysRevX.3.031002 .
  8. ↑ Kalikhman V. L., Umansky Ya. S. Siirtymämetallikalkogenidit, joilla on kerrosrakenne ja niiden Brillouin-nauhan täyttämisen erityispiirteet  // UFN. - 1972. - T. 108 . — S. 503–528 . - doi : 10.3367/UFNr.0108.197211d.0503 .
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lebegue, 2013 .
  10. ↑ Baojie Feng, Jin Zhang, Qing Zhong, Wenbin Li, Shuai Li, Hui Li, Peng Cheng, Sheng Meng, Lan Chen & Kehui Wu. Kaksiulotteisten boorilevyjen kokeellinen toteutus // Nature Chemistry. - 2016. - Vol. 8. - P. 563-568. - doi : 10.1038/nchem.2491 .
  11. ↑ Balendhran S., Walia S., Nili H., Sriram S. ja Bhaskaran M. Grafeenin alkuaineanalogit: silikeeni, germaani, staneeni ja fosforeeni  // Pieni. - 2015. - T. 11 . - S. 640-652 . - doi : 10.1002/smll.201402041 .
  12. ↑ Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang. Graphdiyne: synteesi, ominaisuudet ja sovellukset  (englanniksi)  // Chemical Society Reviews. - 2019. - Vol. 48 , iss. 3 . — s. 908–936 . - ISSN 1460-4744 0306-0012, 1460-4744 . - doi : 10.1039/C8CS00773J .
  13. ↑ 1 2 3 Balendhran, 2015 .
  14. ↑ Wu F., Huang C., Wu H., Lee C., Deng K., Kan E. ja Jena P. Atomically Thin Transition-Metal Dinitrides: High-Temperature Ferromagnetism and Half-Metallicity  // Nano Lett.. - 2015. - T. 15 . — S. 8277–8281 . - doi : 10.1021/acs.nanolett.5b03835 .
  15. ↑ 123 Wu , 2015 .
  16. ↑ Pablo Ares, Juan José Palacios, Gonzalo Abellán, Julio Gómez-Herrero ja Félix Zamora. Viimeaikainen edistys antimoneenissa: uusi kaksiulotteinen materiaali // Adv. mater. - 2017. - P. 1703771. - doi : 10.1002/adma.201703771 .
  17. ↑ T. V. Kulikova, L. A. Bityutskaya, A. V. Tuchin, A. A. Averin. Sb-multiantimoneenin allotrooppisen nanomodifikaation muodostuminen sulan spontaanin kiteytymisen aikana // Perspektivnye materialy. - 2017. - nro 3. - s. 5 - 13.