Ultimate magazine theme for WordPress.

فرآیند ساده برای نانومواد “دو رو”

0

فرآیند ساده برای نانومواد “دو رو”

 

فرآیند ساده برای نانومواد "دو رو"
یک لایه ژانوس دارای اتم های مختلف در بالا و پایین است ، مانند شیرینی ساندویچی در سمت راست که توسط دانشمند مواد یو-چوان لین نگهداری می شود. اعتبار: کریستوفر رولو / آزمایشگاه ملی اوک ریج ، گروه انرژی ایالات متحده

فرآیند ساده برای نانومواد “دو رو” تیمی به سرپرستی آزمایشگاه ملی Oak Ridge وزارت نیرو از یک فرایند ساده برای کاشت اتمها دقیقاً در لایه های بالایی کریستالهای فوق العاده نازک استفاده کردند و ساختارهای دو طرفه با ترکیبات شیمیایی مختلف را تولید کردند. مواد بدست آمده ، که پس از خدای دو چهره رومی به ساختارهای ژانوس معروف هستند ، ممکن است در توسعه انرژی و فناوری های اطلاعاتی مفید واقع شوند.

دانشکده ها : “ما فقط بالاترین را جابجا و جایگزین می کنیم اتم ها در لایه ای که فقط سه اتم ضخامت دارد ، و وقتی کار ما تمام شد ، ما یک لایه زیبا Janus داریم که همه اتم های بالا سلنیوم هستند ، در وسط تنگستن و در پایین گوگرد ” دیوید Geohegan ، نویسنده ارشد مطالعه ، که در ACS Nano ، مجله ای از انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است ، از ORNL گفت. “این اولین بار است که کریستال های Janus 2-D با چنین روندی ساده ساخته می شوند.”

یو-چوان لین ، عضو فوق دکترا سابق ORNL که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت ، افزود: “تک لایه های Janus مواد جالبی هستند زیرا دارای یک لحظه دو قطبی دائمی به شکل ۲-D هستند ، که به آنها امکان می دهد هزینه های مختلف را برای برنامه های مختلف جدا کنند. فتوولتائیک به اطلاعات کوانتومی. با استفاده از این روش ساده ، می توانیم اتمهای مختلفی را در بالا یا پایین لایه های مختلف قرار دهیم تا انواع دیگر ساختارهای دو رو را کشف کنیم. “

این مطالعه مواد ۲-D به نام dichalcogenides فلز گذار ، یا TMDs را بررسی می کند که برای خصوصیات الکتریکی ، نوری و مکانیکی آنها ارزش گذاری می شود. تنظیم ترکیبات آنها ممکن است توانایی آنها را در جدا کردن بار ، کاتالیز واکنشهای شیمیایی یا تبدیل انرژی مکانیکی بهبود بخشد / a> به انرژی الکتریکی و بالعکس.

یک لایه واحد TMD از یک لایه اتم فلز گذار مانند تنگستن یا مولیبدن ساخته شده است که بین لایه های اتمهای کلکوژن مانند گوگرد یا سلنیوم قرار دارد. به عنوان مثال ، یک لایه دی سولفید مولیبدن ، دارای اتمهای مولیبدن در بین اتمهای گوگرد است که از نظر ساختاری شبیه به یک کوکی ساندویچی با مرکز خامه ای بین دو ویفر شکلاتی است. جایگزینی اتمهای گوگرد یک طرف با اتمهای سلنیوم ، یک لایه ژانوس تولید می کند ، شبیه به تعویض یکی از ویفرهای شکلاتی با یک وانیل.

قبل از این مطالعه ، تبدیل یک لایه TMD به یک ساختار دو رخ بیشتر یک تئوری تئوریک بود تا یک موفقیت واقعی. به گزارش لین ، در بسیاری از مقالات علمی در مورد تک لایه های Janus که از سال ۲۰۱۷ منتشر شده است ، ۶۰ مورد پیش بینی های نظری را گزارش کرده و فقط دو آزمایش را برای ترکیب آنها توصیف کرده است. این نشان دهنده دشواری ساخت تک لایه های Janus به دلیل موانع قابل توجه انرژی است که با روش های معمول از رشد آنها جلوگیری می کند.

در سال ۲۰۱۵ ، گروه ORNL کشف کردند که رسوب لیزر پالسی می تواند دیزلنید مولیبدن را به دی سولفید مولیبدن تبدیل کند. در مرکز علوم مواد نانو فاز ، یک دفتر علمی تسهیلات علمی DOE در ORNL ، رسوب لیزری پالسی یک روش مهم برای تولید مواد کوانتومی است.

“گوهگان گفت:” ما حدس زدیم که با کنترل انرژی جنبشی اتم ها ، می توانیم آنها را در یک لایه لایه پیوند دهیم ، اما هرگز تصور نمی کردیم که بتوانیم به چنین کنترل نفیسی دست یابیم. “فقط با مدل سازی محاسباتی اتمی و میکروسکوپ الکترونی در ORNL توانستیم بفهمیم که چگونه فقط کسری از یک لایه را کاشتیم ، که بسیار شگفت آور است.”

در این روش از یک لیزر پالسی برای تبخیر یک هدف جامد در یک پلاسمای داغ استفاده می شود که از هدف به سمت یک لایه منبسط می شود. در این مطالعه از یک هدف سلنیوم برای تولید یک پلاسمای پرتو مانند از خوشه های دو تا نه اتم سلنیوم استفاده شده است که هدف آن ضربه زدن به بلورهای تک لایه دی سولفید تنگستن از قبل رشد شده است.

رمز موفقیت در ایجاد تک لایه های دو رخ ، بمباران بلورها با مقدار دقیق انرژی است. برای مثال یک گلوله به درب بیندازید و از سطح زمین برمی خیزد. اما به در شلیک کنید و گلوله درست از بین می رود. کاشت خوشه سلنیوم فقط در قسمت بالایی تک لایه مانند شلیک به درب و توقف گلوله در سطح آن است.

فرآیند ساده برای نانومواد "دو رو"
اتم های سلنیوم که با رنگ نارنجی نشان داده می شوند ، در یک لایه از تنگستن آبی و گوگرد زرد کاشته می شوند و یک لایه Janus را تشکیل می دهند. در پس زمینه ، میکروسکوپ الکترونی موقعیت های اتمی را تأیید می کند

جوهگان گفت: “تنظیم گلوله های شما آسان نیست.” سریعترین خوشه های سلنیوم ، با انرژی ۴۲ الکترون ولت (eV) در هر اتم ، از طریق تک لایه شکسته می شوند. برای کاشت در لایه بالا باید به سرعت کنترل شوند.

لین گفت: “آنچه از این مقاله جدید است این است که ما از چنین انرژی های کمتری استفاده می کنیم.” “مردم هرگز رژیم زیر ۱۰ ولت در هر اتم را کاوش نکردند زیرا منابع یون تجاری فقط در ۵۰ حالت الکترونیکی پایین می آیند و به شما اجازه نمی دهند اتم هایی را که می خواهید استفاده کنید انتخاب کنید. با این حال ، رسوب لیزری پالس به ما اجازه می دهد تا اتم ها و این محدوده انرژی را به راحتی کشف کنید. “

کلید تنظیم انرژی جنبشی ، به گفته لین ، کاهش سرعت کنترل خوشه سلنیوم با افزودن گاز آرگون در محفظه تحت کنترل فشار است. محدود کردن انرژی جنبشی ، نفوذ لایه های نازک اتمی را تا عمق خاص محدود می کند. تزریق نبض خوشه های اتم در انرژی کم موقتاً باعث ازدحام جمعیت و جابجایی اتم ها در یک منطقه می شود و باعث نقص محلی و اختلال در شبکه بلوری می شود. Geohegan توضیح داد: “سپس کریستال برای بهبود خود اتم های اضافی را بیرون می زند و دوباره به یک شبکه منظم متبلور می شود.” تکرار این روند کاشت و بهبودی بارها و بارها می تواند کسر سلنیوم در لایه بالایی را به ۱۰۰٪ افزایش دهد تا تشکیل یک لایه با کیفیت بالا Janus تکمیل شود.

کاشت و تبلور مجدد با کنترل مواد ۲-D در این رژیم کم انرژی جنبشی راهی جدید برای ساخت مواد کوانتومی ۲-D است. لین گفت: “ساختارهای Janus را می توان در دمای پایین که برای یکپارچه سازی الکترونیکی نیمه هادی مورد نیاز است ، فقط در چند دقیقه ساخت.” در مرحله بعدی محققان می خواهند تک لایه های Janus را روی لایه های انعطاف پذیر مانند تولید پلاستیک مفید تولید کنند.

برای اثبات اینکه آنها به یک ساختار ژانوس دست یافته اند ، چنزه لیو و گرد دوشر ، هر دو از دانشگاه تنسی ، ناکسویل ، و متیو چیشولم از ORNL از وضوح بالا میکروسکوپ الکترونی برای بررسی یک کریستال کج برای شناسایی اتم های موجود در لایه بالایی (سلنیوم) در مقابل لایه پایین (گوگرد).

با این حال ، درک اینکه این فرآیند چگونه اتم های گوگرد را با اتم های سلنیوم بزرگتر جایگزین می کند – یک کار دشوار از نظر انرژی – یک چالش بود. مینا یون از ORNL از ابر رایانه های موجود در Oak Ridge Leadership Computing Facility ، یک مرکز کاربری دفتر علوم DOE در ORNL برای محاسبه پویایی انرژی این نبرد سربالایی از تئوری با استفاده از اصول اولیه استفاده کرد.

علاوه بر این ، دانشمندان باید درک کنند که چگونه انرژی از خوشه ها به شبکه ها منتقل می شود تا نقص محلی ایجاد شود. با شبیه سازی دینامیک مولکولی ، Eva Zarkadoula از ORNL نشان داد که خوشه های اتم سلنیوم با تک لایه برخورد می کنند. با انرژی های مختلف و یا از آن گزاف گویی می کنید ، از بین می روید یا در آن کاشته می شوید – مطابق با نتایج آزمایش است.

برای تأیید بیشتر ساختار Janus ، محققان ORNL ثابت کردند که ساختارها با محاسبه حالت ارتعاشی و انجام آزمایش طیف سنجی Raman و آزمایش طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X ، ویژگی ها را پیش بینی کرده اند.

برای درک اینکه این ست از خوشه ساخته شده است ، دانشمندان از ترکیبی از طیف سنجی نوری و طیف سنجی جرمی برای اندازه گیری جرم ها و سرعت های مولکولی استفاده کردند. روی هم رفته ، تئوری و آزمایش نشان داد که ۳ تا ۵ ولت ولتاژ در هر اتم انرژی بهینه برای کاشت دقیق برای تشکیل ساختارهای ژنوس است.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.