Un poco de flúor convierte una cerámica aislante conocida como grafeno blanco en un semiconductor de banda ancha con propiedades magnéticas. Los científicos de la Universidad de Rice dijeron que eso podría hacer que el material único sea adecuado para la electrónica en entornos extremos.
Un documento de prueba de concepto de investigadores de Rice demuestra una forma de convertir el nitruro de boro hexagonal bidimensional h-BN, también conocido como grafeno blanco, de un aislante a un semiconductor. El magnetismo, dijeron, es unbonificación inesperada
Debido a que el material atómicamente delgado es un conductor de calor excepcional, los investigadores sugirieron que puede ser útil para la electrónica en aplicaciones de alta temperatura, tal vez incluso como dispositivos de memoria magnética.
El descubrimiento aparece esta semana en Avances científicos .
"El nitruro de boro es un aislante estable y comercialmente muy útil como recubrimiento protector, incluso en cosméticos, porque absorbe la luz ultravioleta", dijo el científico de materiales de arroz Pulickel Ajayan, cuyo laboratorio dirigió el estudio. "Ha habido mucho esfuerzo".para tratar de modificar su estructura electrónica, pero no pensamos que podría convertirse tanto en un semiconductor como en un material magnético.
"Entonces, esto es algo bastante diferente; nadie ha visto este tipo de comportamiento en nitruro de boro antes", dijo.
Los investigadores descubrieron que agregar flúor al h-BN introdujo defectos en su matriz atómica que redujeron el intervalo de banda lo suficiente como para convertirlo en un semiconductor. El intervalo de banda determina la conductividad eléctrica de un material.
"Vimos que la brecha disminuye aproximadamente en un 5 por ciento de fluoración", dijo Chandra Sekhar Tiwary, investigadora postdoctoral y coautora de Rice. La brecha se reduce con la fluoración adicional, pero solo hasta cierto punto ". Controlar la fluoración precisa es algo que nosotrosnecesitamos trabajar. Podemos obtener rangos pero aún no tenemos un control perfecto. Debido a que el material es atómicamente delgado, un átomo menos o más cambia bastante.
"En el próximo conjunto de experimentos, queremos aprender a ajustarlo con precisión, átomo por átomo", dijo.
Determinaron que la tensión aplicada al invadir los átomos de flúor alteró el "giro" de los electrones en los átomos de nitrógeno y afectó sus momentos magnéticos, la cualidad fantasmal que determina cómo responderá un átomo a un campo magnético como una brújula invisible a nanoescala.
"Vemos giros orientados en ángulo, que son muy poco convencionales para materiales en 2-D", dijo el estudiante graduado de Rice y autor principal Sruthi Radhakrishnan. En lugar de alinearse para formar ferromagnetos o cancelarse entre sí, los giros están en ángulo al azar, dandolos bolsillos aleatorios de material plano del magnetismo de red. Estos bolsillos de ferromagnet o anti-ferromagnet pueden existir en la misma muestra de h-BN, lo que los convierte en "imanes frustrados" con dominios competidores.
Los investigadores dijeron que su método simple y escalable se puede aplicar potencialmente a otros materiales 2-D. "Hacer nuevos materiales a través de la nanoingeniería es exactamente de lo que se trata nuestro grupo", dijo Ajayan.
Los coautores del artículo son los estudiantes graduados Carlos de los Reyes y Zehua Jin, el profesor de química Lawrence Alemany, el investigador postdoctoral Vidya Kochat y Angel Martí, profesor asociado de química, bioingeniería y ciencia de materiales y nanoingeniería, todos de Rice; Valery Khabashesku de Rice y el Centro Baker Hughes para Innovación Tecnológica, Houston; Parambath Sudeep de Rice y la Universidad de Toronto; Deya Das, Atanu Samanta y alumno de Rice Abhishek Singh del Instituto Indio de Ciencia, Bangalore; Liangzi Deng y Ching-Wu Chu de la Universidad de Houston; Thomas Weldeghiorghis de la Universidad Estatal de Louisiana y Ajit Roy de los Laboratorios de Investigación de la Fuerza Aérea en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson.
Ajayan es presidente del Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería de Rice, profesor de ingeniería de Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson y profesor de química.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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