2D krystal

Dvourozměrný krystal  je plochý krystal , který má translační symetrii pouze ve dvou směrech. Tloušťka krystalu je mnohem menší než jeho charakteristické rozměry v rovině. Díky malé tloušťce a tím i vysokému mechanickému namáhání se dvourozměrné krystaly velmi snadno ničí, proto se obvykle nacházejí na povrchu sypkých materiálů nebo plavou v roztocích, zatímco v druhém případě je velikost krystalů asi 1 mikron. Dvourozměrné krystaly mají pásovou strukturu , takže hovoří o jejich kovových, polovodičových a dielektrických vlastnostech. Výzkumníci omezují počet dvourozměrných krystalů na 500 [1] .

Stabilita dvourozměrných krystalů

Ještě ve 30. letech 20. století Landau a Peierls ukázali, že krystal ve dvou rozměrech by jistě zničily tepelné výkyvy v polohách atomů v mřížce. Toto tvrzení bylo konzistentní s experimentálními daty po celá desetiletí.

Přesto i přes svou vlastní dvojrozměrnost jsou dvourozměrné krystaly stále v trojrozměrném prostoru a interakce příčných deformací s deformacemi v rovině vede k termodynamické stabilitě. [2] Pokud je fólie mírně deformovaná, obsahuje například zvlnění, hrbolky o velikosti nanometrů, pak může taková struktura existovat bez kontaktu s podkladem. Možnost takového efektu byla předpovězena již dříve, ale otázka skutečné existence izolovaných dvourozměrných krystalů zůstala otevřená až do experimentů skupiny Geim a Novoselov v roce 2004 .

Příčná velikost hrbolků v grafenu je asi 10 nm a jejich výška je menší než nanometr. [3]

Získávání metod

Grafen [4] byl prvním z dvourozměrných krystalů, které byly studovány . Byl získán mechanickým štěpením objemného grafitového krystalu . Tato metoda se ukázala jako vhodná pro získání dalších dvourozměrných krystalů z vrstvených materiálů [5] . Podobně byl získán další dvourozměrný krystal fosforenu složený z fosforu.

K dnešnímu dni byly vyvinuty různé fyzikální a chemické metody pro získávání grafenu a dalších dvourozměrných krystalů, z nichž hlavní je chemická depozice z plynné fáze (CVD), která umožňuje získat krystaly dobré kvality relativně levně. CVD umožňuje získat dvourozměrné centimetry velké monokrystaly [6] .

Příklady dvourozměrných krystalů

Mezi dvourozměrnými krystaly lze rozlišit velkou třídu vrstevnatých materiálů složených z chalkogenidů (S, Se, Te) a přechodných kovů (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt ) podle vzorce MeX 2 [7] [8] .

2D krystaly
Živel Sloučenina Zdroj
5
B
Bór 		h-BN
borofeny 		[9] [10]

6C uhlík _
 Grafen , dekantér [11] [12]
14Si Silicon
_
 Silicene [13]
15
P
Fosfor 		Fosforen [13]
22
Ti
titan 		TiS2 , TiSe2 , TiTe2 _ _ [9]
23V Vanad
_
 VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , VCl 2 , VBr 2 , VI 2 [9]
24Cr Chrome
_
 CrS 2 , CrSe 2 , CrTe 2 [9]
39
Y
Yttrium 		YN 2
32
Ge
Germanium 		Germanen [čtrnáct]
40
Zr
Zirkonium 		ZrS2 , ZrSe2 , ZrTe2 , ZrN2 _ _ _ [9] [15]
41
Nb
niob 		NbS2 , NbSe2 , NbTe2 _ _ _ [9]
42
Mo
molybden 		MoS2 , MoSe2 , MoTe2 , PoN2 _ _ _ [9] [15]
43
Tc
technecium 		TcN 2 [patnáct]
46
Pd
Palladium 		PdS2 , PdSe2 , PdTe2 _ _ _ [9]
50
Sn
Cín 		Stanen [13]
51
Sb
Antimon 		Antimonen [16] [17]
72
Hf
Hafnium 		HfS2 , HfSe2 , HfTe2 _ _ [9]
73
Ta
Tantal 		TaS2 , TaSe2 , TaTe2 _ _ [9]
74
W
Wolfram 		WS 2 , WSe 2 , WTe 2 [9]
78
Pt
platina 		PtS2 , PtSe2 , PtTe2 _ _ _ [9]

Existují také organické dvourozměrné krystaly, jako je (BEDT-TTF) 2 X .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Gibney, Elizabeth . Super materiály, které by mohly trumfnout grafen , Nature , Nature (17. června 2015). Archivováno z originálu 31. října 2015. Staženo 1. listopadu 2015.
  2. ↑ JC Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth, S. Roth. Struktura zavěšených grafenových listů // Příroda. - 2007. - Sv. 446, str. 60-63. - doi : 10.1038/nature05545 .
  3. ↑ Cesta přes Flatland
  4. ↑ K. S. Novoselov a kol. Efekt elektrického pole v atomicky tenkých uhlíkových filmech // Věda. - 2004. - Sv. 306, č.p. 5696, str. 666-669. - doi : 10.1126/science.1102896 .
  5. ↑ K. S. Novoselov a kol. Dvourozměrné atomové krystaly // PNAS. - 2005. - Sv. 102, č.p. 30. - S. 10451-10453. - doi : 10.1073/pnas.0502848102 .
  6. ↑ J.-H. Lee a kol. Růst monokrystalického jednovrstvého grafenu na opakovaně použitelném germániu zakončeném vodíkem // Věda. - 2014. - Sv. 344, č.p. 6181. - S. 286-289. - doi : 10.1126/science.1252268 .
  7. ↑ Lebègue S., Björkman T., Klintenberg M., Nieminen RM a Eriksson O. Dvourozměrné materiály z filtrování dat a výpočtů Ab Initio  // Phys. Rev. X. - 2013. - T. 3 . - S. 031002 . - doi : 10.1103/PhysRevX.3.031002 .
  8. ↑ Kalikhman V. L., Umansky Ya. S. Přechodné kovové chalkogenidy s vrstvenou strukturou a zvláštnostmi plnění jejich Brillouinského pásma  // UFN. - 1972. - T. 108 . — S. 503–528 . - doi : 10.3367/UFNr.0108.197211d.0503 .
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lebegue, 2013 .
  10. ↑ Baojie Feng, Jin Zhang, Qing Zhong, Wenbin Li, Shuai Li, Hui Li, Peng Cheng, Sheng Meng, Lan Chen & Kehui Wu. Experimentální realizace dvourozměrných bórových desek // Nature Chemistry. - 2016. - Sv. 8. - S. 563-568. - doi : 10.1038/nchem.2491 .
  11. ↑ Balendhran S., Walia S., Nili H., Sriram S. a Bhaskaran M. Elementární analogy grafenu: Silicene, Germanene, Stanene a Phosphorene  // Malé. - 2015. - T. 11 . - S. 640-652 . - doi : 10.1002/smll.201402041 .
  12. ↑ Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang. Graphdiyne: syntéza, vlastnosti a aplikace  (anglicky)  // Chemical Society Reviews. - 2019. - Sv. 48 , iss. 3 . — S. 908–936 . - ISSN 1460-4744 0306-0012, 1460-4744 . - doi : 10.1039/C8CS00773J .
  13. ↑ 1 2 3 Balendhran, 2015 .
  14. ↑ Wu F., Huang C., Wu H., Lee C., Deng K., Kan E. a Jena P. Atomically Thin Transition-Metal Dinitrides: High-Temperature Ferromagnetism and Half-Metallicity  // Nano Lett.. - 2015. - T. 15 . — S. 8277–8281 . - doi : 10.1021/acs.nanolett.5b03835 .
  15. ↑ 123 Wu , 2015 .
  16. ↑ Pablo Ares, Juan José Palacios, Gonzalo Abellán, Julio Gómez-Herrero a Félix Zamora. Nedávný pokrok v oblasti antimonenu: Nový dvourozměrný materiál // Adv. mater. - 2017. - S. 1703771. - doi : 10.1002/adma.201703771 .
  17. ↑ T. V. Kuliková, L. A. Bityutskaya, A. V. Tuchin, A. A. Averin. Vznik alotropní nanomodifikace Sb-multiantimonenu během spontánní krystalizace taveniny // Perspektivnye materialy. - 2017. - č. 3. - S. 5 - 13.