Рисовая лаборатория теоретического физика Бориса Якобсона и коллег в Окриджской национальной лаборатории объединяет теорию и экспериментирование, чтобы доказать, что возможно дать 2-м материалам определенные дефекты, швы особенно на уровне атомов, названные границами зерна. Эти границы могут использоваться, чтобы увеличить электронные, магнитные, механические, каталитические и оптические свойства материалов.Ключ вводит искривление пейзажу, который ограничивает способ, которым размножаются дефекты. Исследователи называют эту «топологию границы зерна наклона», и они достигают ее, выращивая их материалы на топографически кривое основание – в этом случае, конус.
Угол конуса диктует, если, что вид и где границы появляются.Исследование – предмет статьи в американском журнале Chemical Society Нано ACS.Границы зерна – границы, которые появляются в материале, где края встречаются в несоответствии. Эти границы – серия дефектов; например, когда два листа шестиугольного графена встречаются под углом, атомы углерода дают компенсацию за него, формируясь нешестиугольный (пять – или с семью участниками) кольца.
Якобсон и его команда уже продемонстрировали, что эти границы могут быть в электронном виде значительными. Они могут, например, превратить отлично проводящий графен в полупроводник. В некоторых случаях сама граница может быть проводящим поднаноразмерным проводом или взять магнитные свойства.
Но до сих пор исследователи имели мало контроля, где те границы появятся, выращивая графен, дисульфид молибдена или другие 2-е материалы химическим смещением пара.Теория, разработанная в Rice, показала, что растущий 2-й материал по конусу вынудит границы появиться в определенных местах. Ширина конуса управляла размещением и, что еще более важно, угол наклона, решающий параметр в настройке электронных и магнитных свойств материалов, сказал Якобсон.Экспериментальные сотрудники из Ок-Риджа во главе с соавтором Дэвидом Джохегэном представили свидетельства, поддерживающие ключевые аспекты теории.
Они достигли этого, вырастив вольфрамовый дисульфид на маленькие конусы, подобные тем в компьютерных моделях Райса. Границы, которые появились в реальных материалах, соответствовали предсказанным теорией.«Неплоская форма основания вынуждает 2-й кристалл вырасти в кривом ‘неевклидовом’ космосе», сказал Якобсон. «Это напрягает кристалл, который иногда уступает, давая путь ко швам или границы зерна.
Это не отличается от способа, которым портной добавил бы шов к костюму или платью, чтобы соответствовать соблазнительному клиенту».Моделирование конусов различных ширин также показало «волшебный конус» 38,9 градусов, на которые рост 2-го материала не покинет границы зерна вообще.Рисовая команда расширила свою теорию видеть то, что произошло бы, если бы конусы сидели в самолете.
Они предсказали, как границы зерна сформируются по всей поверхности, и снова, эксперименты Ок-Риджа подтвердили свои результаты.Якобсон сказал, что и команды Риса и Ок-Риджа работали над аспектами исследования независимо. «Это было медленное движение, пока мы не встретили на конференции во Флориде несколько лет назад и поняли, что должны продолжить вместе», сказал он. «Было, конечно, приятно видеть, как эксперименты подтвердили модели, иногда предлагая важные неожиданности.
Теперь мы должны сделать дополнительную работу, чтобы постигать их также».