Institut za fiziku

Ova stranica koristi kolačiće (cookies) kako bi osigurala bolje korisničko iskustvo.

Više informacija možete pronaći u Izjavi o kolačićima.

Slažem se

Sve kategorije Vijesti Javna nabava Znanstvene vijesti Izdvojeno Natječaji Obavijesti o ishodu natječajnog postupka

Prikaži:

A A A

Znanstvene vijesti — 19.09.2023.

Klackalica u svijetu 2D materijala

Korištenjem samo jedne kemikalije (prekursora) i iste metalne podloge, moguće je sintetizirati dva veoma različita 2D materijala – heksagonalni borov nitrid ili borofen – finim podešavanjem parametara sinteze. Pozadinski mehanizam „klackalice“ koji to omogućava je objašnjen u novom radu kolege Petrovića i suradnika sa Sveučilišta Duisburg-Essen.

Interplay of Kinetic Limitations and Disintegration: Selective Growth of Hexagonal Boron Nitride and Borophene Monolayers on Metal Substrates

Karim M. Omambac, Marko A. Kriegel, Marin Petrović, Birk Finke, Christian Brand, Frank J. Meyer zu Heringdorf, and Michael Horn-von Hoegen

ACS Nano 17, 17946 (2023). DOI: 10.1021/acsnano.3c04038

Detaljno razumijevanje sinteze materijala je ključno za povećanje efikasnosti samog procesa sinteze (npr. smanjivanjem troškova, skraćivanjem vremena trajanja) ali i za podizanje kvalitete materijala koji se sintetizira. Ovo također vrijedi za 2D materijale, čija sinteza često zahtijeva sofisticiranu laboratorijsku opremu i potencijalno opasne kemikalije te kao takva još uvijek ostavlja puno mjesta za optimizaciju.

U članku objavljenom u časopisu ACS Nano, naš znanstvenik Marin Petrović sa suradnicima iz sveučilišta Duisburg-Essen razotkriva nove detalje sinteze dva međusobno jako različita 2D materijala – heksagonalnog borovog nitrida (hBN-a) i borofena. Pokazano je da se oni mogu selektivno realizirati u jednom te istom eksperimentalnom postavu uz fino podešavanje parametara sinteze. Mijenjanjem temperature podloge (monokristal iridija) i/ili tlaka prekursora (borazin, B₃H₆N₃) utječe se na više procesa koji su relevantni za epitaksijalni rast materijala: difuziju atoma po površini, nukleaciju materijala, dekompoziciju prekusrora i otapanje atoma u podlozi. Međuigra svih ovih procesa se može gledati kao mehanizam „klackalice“ koji određuje koji materijal će se u konačnici formirati i koja će biti njegova strukturna kvaliteta. Slika 1 prikazuje podatke elektronske difrakcije (SPA-LEED) snimljene za niz različitih temperatura sinteze, iz kojih se može iščitati evolucija iz hBN-a prema borofenu, kao i postizanje optimalne kvalitete hBN-a kod sinteze na 950 °C.

$Figure 1. SPA-LEED data of the synthesis of hBN and borophene on Ir(111). (a) Diffraction pattern obtained after synthesis at 950 °C, when the best quality of hBN is obtained. (b) Horizontal profile through the image from (a). (c-l) Evolution of the central part of the diffraction pattern depending on the synthesis temperature, from which the appearance of borophene at temperatures higher than 1050 °C can be seen (indicated by orange arrows).$

Slika 1. SPA-LEED podatci sinteze hBN-a i borofena na Ir(111). (a) Difrakcijska slika dobivena nakon sinteze na 950 °C, kada se dobiva hBN najbolje kvalitete. (b) Horizontalni profil kroz sliku iz (a). (c-l) Evolucija središnjeg dijela difrakcijske slike u ovisnosti o temperaturi sinteze, iz koje se može vidjeti pojava borofena na temperaturama višim od 1050 °C (indicirano narančastim strelicama).

Na analogan način, postepenim promjenama tlaka borazina tokom sinteze, može se pratiti promjena preferencije rasta hBN-a ili borofena na površini iridija. U konačnici, sistematskim prebrisavanjem parametarskog (T,p) prostora i analitičkim modeliranjem procesa rasta pomoću Venablesove teorije nukleacije, dobiven je fazni dijagram za rast hBN-a odnosno borofena na iridijevoj površini, vidi Sliku 2.

Figure 2. T-p phase diagram for competitive growth of hBN (purple region) and borophene (orange region) on Ir(111). Isobars are indicated by gray lines, red lines indicate the growth boundary of hBN and borophene for three energy values characteristic of the processes (nucleation activation, diffusion, precursor decomposition) that take place on the sample surface.

Slika 2. T-p fazni dijagram za natjecateljski rast hBN-a (ljubičasto područje) i borofena (narančasto područje) na Ir(111). Izobare su naznačene sivim linijama, crvene linije označavaju granicu rasta hBN-a i borofena za tri vrijednosti energije karakteristične za procese (aktivacija nukleacije, difuzija, dekompozicija prekursora) koji se odvijaju na površini uzorka.