Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Команда раскрывает возможности новых материалов толщиной в один атом

Команда раскрывает возможности новых материалов толщиной в один атом

Опубликовал: Admin, 15-12-2020, 20:57, Нанотехнологии, 40 229, 0

Команда раскрывает возможности новых материалов толщиной в один атом

«Новые двухмерные материалы могут трансформировать технологии, от солнечных батарей до смартфонов и носимой электроники», - объясняет Кан Атака из UMBC, доцент физики. Эти материалы состоят из единственного слоя атомов, связанных вместе в кристаллическую структуру. На самом деле они настолько тонкие, что стопка из 10 миллионов штук будет толщиной всего 1 миллиметр. А иногда, говорит Атака, лучше меньше, да лучше. Некоторые двухмерные материалы более эффективны и действенны, чем аналогичные материалы, которые намного толще.

Однако, несмотря на свои преимущества, в настоящее время производство двухмерных материалов сложно и дорого. Это означает, что ученым, пытающимся их создать, необходимо тщательно выбирать, как они вкладывают свое время, энергию и средства в развитие.

Новое исследование Дэниела Вайнса, доктора философии. кандидат физики, и Атака дает этим ученым информацию, необходимую для проведения высокоэффективных исследований в этой области. Их теоретическая работа дает надежную информацию о том, какие новые материалы могут иметь желаемые свойства для ряда приложений и могут существовать в стабильной форме в природе. В недавней статье, опубликованной в Прикладные материалы и интерфейсы ACS, они использовали передовые методы компьютерного моделирования для предсказания свойств двухмерных материалов, которые еще не были созданы в реальной жизни.

«Обычно мы стараемся опережать экспериментаторов на пять или около того лет», - говорит Вайнс. Таким образом они смогут избежать дорогостоящих тупиков. «Это время, усилия и деньги, чтобы они могли сосредоточиться на других вещах».

Идеальный микс

В новой статье основное внимание уделяется стабильности и свойствам двумерных материалов, называемых нитридами III группы. Это смеси азота и элемента III группы периодической таблицы Менделеева, в которую входят алюминий, галлий, индий и бор.

Ученые уже создали некоторые из этих двухмерных материалов в небольших количествах. Однако вместо того, чтобы рассматривать смеси одного из элементов группы III с азотом, Вайнс и Атака смоделировали сплавы - смеси, включающие азот и два различных элемента III группы. Например, они предсказали свойства материалов, сделанных в основном из алюминия, но с добавлением некоторого количества галлия, или в основном галлия, но с добавлением некоторого количества индия.

Эти «промежуточные» материалы могут иметь промежуточные свойства, которые могут быть полезны в определенных приложениях. «Выполняя это легирование, мы можем сказать, что у меня есть оранжевый свет, но у меня есть материалы, которые могут поглощать красный и желтый свет», - говорит Атака. "Итак, как я могу смешать это, чтобы он мог поглотитьоранжевый свет? »Настройка светопоглощающей способности этих материалов может повысить эффективность систем солнечной энергии, например.

Сплавы будущего

Ataca and Wines также изучили электрические и термоэлектрические свойства материалов. Материал обладает термоэлектрическими свойствами, если он может генерировать электричество. когда одна сторона холодная, а другая горячая. Основные нитриды группы III обладают термоэлектрическими свойствами, «но при определенных концентрациях термоэлектрические свойства сплавов лучше, чем у нитридов основной группы III», - говорит Атака.

Вайнс добавляет , «Это основная мотивация проведения легирования - возможность настройки свойств».

Они также показали, что не все сплавы будут стабильными в реальной жизни. Например, смеси алюминия и бор при любых концентрациях нестабилен. Однако пять различных соотношений галлий-алюминиевых смесей были стабильными.

Как только производство основных нитридов группы III станет более надежным и расширенным, Вайнс и Атака ожидают, что ученые будут работать над разработкой материалов для конкретных приложений, используя полученные результаты в качестве руководства.

Вернемся к основам с суперкомпьютерами

Вайнс и Атака смоделировали свойства материалов с помощью суперкомпьютеров. Вместо использования экспериментальные данные в качестве входных данных для их моделей: «Мы используем основы квантовой механики для создания этих свойств. Так что хорошо, что у нас нет никаких экспериментальных предубеждений», - говорит Атака. «Мы работаем над вещами, у которых раньше не было никаких экспериментальных доказательств. Так что это надежный подход».

Для получения наиболее точных результатов требуются огромные вычислительные мощности и много времени. Запуск их моделей с высочайшим уровнем точности может занять несколько дней.

«Это похоже на рассказ», - говорит Вайнс. «Мы проходим самый базовый уровень, чтобы просмотреть материалы», что занимает всего около часа. «А затем мы переходим к высочайшим уровням точности, используя самые мощные компьютеры, чтобы найти наиболее точные параметры».

«Я думаю, что прекрасная часть этих исследований состоит в том, что мы начали с основ и буквально поднялись до самого точного уровня в нашей области», - добавляет Атака. «Но мы всегда можем попросить большего».

Новый рубеж

Они продолжали продвигаться вперед на неизведанную территорию науки. В другой статье, опубликованной в течение недели после первой в Прикладные материалы и интерфейсы ACS , Теодосия Гугоузи, профессор физики; Джарон Кропп, доктор философии '20 физика; и Ataca продемонстрировали способ интеграции двухмерных материалов в реальные устройства.

Двумерные материалы часто необходимо прикреплять к электронной схеме внутри устройства. Для установления связи требуется промежуточный слой, и команда нашла тот, который работает. «У нас есть молекула, которая может это делать, которая может соединяться с материалом, чтобы использовать его для внешних схем», - говорит Атака.

Этот результат имеет большое значение для реализации двухмерных материалов. «Эта работа объединяет фундаментальные экспериментальные исследования процессов, происходящих на поверхности двумерных атомных кристаллов.с подробной вычислительной оценкой системы, - говорит Гугуси. - Это руководство для сообщества устройств, чтобы они могли успешно интегрировать новые материалы в традиционные архитектуры устройств ». анализы для этой работы проводились в лаборатории Атаки, а эксперименты проводились в лаборатории Гугузи. Кропп работал в обеих группах.

«Проект демонстрирует синергию, которая требуется для развития и продвижения науки и технологий», - говорит Гугуси. также является отличным примером возможностей, которые имеют наши аспиранты для работы над проблемами, представляющими большой технологический интерес, и для развития широкой базы знаний и уникального набора технических навыков ».

Кропп, который является первым автором вторая статья, я очень рад, что получил этот исследовательский опыт.

"2-D полупроводники интересны, потому что они имеют потенциал для применения "Они очень тонкие", - говорит он. «Мне посчастливилось иметь двух отличных консультантов, потому что это позволило мне безупречно совместить экспериментальную и теоретическую работу. Я надеюсь, что результаты этой работы могут помочь другим исследователям в разработке новых устройств на основе двухмерных материалов».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии