ПЛОСКИЙ БОР МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛЕЗЕН ДЛЯ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

ПЛОСКИЙ БОР МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛЕЗЕН ДЛЯ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Исследователи из Китая впервые синтезировали первую двумерную форму бора [1]. Сверхтвердый материал, полученный с помощью двухстадийного химического осаждения паров, отличается по свойствам от других двумерных материалов.

Этот материал является стабильным на воздухе полупроводником, обладающим запрещённой энергетической зоной с прямыми переходами, что может сделать его весьма полезным для изготовления наноэлектронных устройств.

Новый материал состоит из полиэдров, связанных между собой борановыми связями. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201509285)

Связь между атомами в элементарном боре очень прочная, значительно делокализованная, из-за чего она не может быть однозначно отнесена к ионной, ковалентной или металлической. Существует не менее 16 полиморфных модификаций бора, устойчивых при различных значениях температуры и давления. До настоящего времени двумерная полиморфная модификация бора не была получена, и это обстоятельство вызывало у химиков вопрос о принципиальной возможности существования такой модификации. Мы можем рассматривать графен как один слой, «выдернутый» из кристалла графита, однако не существует таких слоистых полиморфных модификаций бора, в которых один слой можно было бы отделить эксфолиацией.

Для нового исследования Гуоан Тай (Guoan Tai) и его коллеги использовали самодельную двузонную печь для химического осаждения паров. В первой зоне, в которой поддерживалась температура 1100°C, исследователи комбинировали бор и порошок оксида бора, получая пары B₂O₂. Эти пары подавали во вторую зону, температура в которой составляла 1000°C, где их восстанавливали водородом и пропускали над медной фольгой. Эта операция приводила к образованию поликристаллического монослоя, состоящего из икосаэдров B₁₂, связанных друг с другом связями B–В. Интересным обстоятельством является то, что в икосаэдрах локализованы отрицательные заряды, позволяющие рассматривать новую модификацию как борид бора.

Дальнейший анализ полученного соединения показал, что данный материал является двумерным аналогом существующей при высоком давлении фазы γ-B28, это полупроводник с настраиваемым размером запрещённой энергетической зоны. Такие свойства нового материала могут оказаться полезными для комбинирования его с графеном, поскольку размеры энергетической зоны графена весьма усложняют создание состояния «выкл.» для использования его в наноэлектронных устройствах. Тай уверен, что двумерный бор может найти применение в оптоэлектронных устройствах и транзисторах будущего. Эта уверенность подтверждается высокой механической прочностью бора и его химической устойчивостью.

Как отмечает специалист по теоретическому исследованию электронной структуры химических соединений Артём Оганов (Artem Oganov) из МФТИ, первым обнаруживший γ-бор [2], результаты новой работы являются уникальными, в первую очередь, потому что речь идет о получении устойчивой двумерной модификации такого реакционноспособного элемента как бор. Он уверен, что за синтезом плоской двумерной модификации бора последуют синтезы двумерных аллотропных модификаций других элементов, поскольку, как он полагает, люди, которые экспериментально решили эту задачу для бора, смогут решить ее практически для любого другого элемента.

Источники: [1] Angew. Chem., Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201509285; [2] Nature, 2009, 457, 863 (DOI: 10.1038/nature07736)