Los científicos de Skoltech y MIPT han predicho y luego confirmado experimentalmente la existencia de películas delgadas hexagonales exóticas de NaCl en la superficie de un diamante. Estas películas pueden ser útiles como dieléctricos de puerta para transistores de efecto de campo en vehículos eléctricos y equipos de telecomunicaciones. La investigación, apoyado por la Russian Science Foundation, fue publicado en El diario de las letras de la química física .

Como grafeno, el famoso carbono bidimensional, fue preparado experimentalmente y caracterizado en 2004 por los futuros premios Nobel Andre Geim y Konstantin Novoselov, Los científicos comenzaron a buscar otros materiales 2-D con propiedades interesantes. Entre estos se encuentran el siliceno, stanene y borofeno:monocapas de silicio, estaño, y boro, respectivamente, así como capas 2-D de MoS ₂ , CuO, y otros compuestos.

Ph.D. de Skoltech estudiante Kseniya Tikhomirova, El Dr. Alexander Kvashnin de Skoltech y el profesor Artem R. Oganov de Skoltech y MIPT, junto con sus colegas, se basaron en estudios anteriores de películas delgadas de NaCl para plantear la hipótesis de la existencia de una película de NaCl hexagonal inusual de nanómetros de espesor en la superficie (110) del diamante.

"Inicialmente decidimos realizar solo un estudio computacional de la formación de nuevas estructuras 2-D en diferentes sustratos, impulsado por la hipótesis de que si un sustrato interactúa fuertemente con la película delgada de NaCl, se pueden esperar cambios importantes en la estructura de la película delgada. En efecto, obtuvimos resultados muy interesantes y predijimos la formación de una película hexagonal de NaCl sobre el sustrato de diamante, y decidió realizar experimentos. Gracias a nuestros colegas que realizaron los experimentos, sintetizamos este NaCl hexagonal, que prueba nuestra teoría, "dice Kseniya Tikhomirova, el primer autor del artículo.

Los investigadores utilizaron por primera vez USPEX, el algoritmo evolutivo desarrollado por Oganov y sus estudiantes, para predecir estructuras con la energía más baja basándose solo en los elementos químicos involucrados. Después de predecir la película hexagonal de NaCl, confirmaron su existencia realizando síntesis y caracterización experimentales mediante mediciones de XRD (difracción de rayos X) y SAED (difracción de electrones de área seleccionada). El espesor promedio de la película de NaCl era de aproximadamente 6 nanómetros; una película más gruesa revertiría de una estructura hexagonal a una cúbica. típico de la sal de mesa que conocemos.

Los científicos creen que debido a la fuerte unión al sustrato de diamante y una amplia banda prohibida, El NaCl hexagonal puede funcionar bien como dieléctrico de puerta en FET de diamante:transistores de efecto de campo que muestran potencial para su uso en vehículos eléctricos. radares, y equipo de telecomunicaciones. Ahora, estos FET suelen utilizar nitruro de boro hexagonal, que tiene una banda prohibida similar pero una unión mucho más débil al sustrato.

"Nuestros resultados muestran que el campo de los materiales 2D es todavía muy joven, y los científicos han descubierto solo una pequeña porción de posibles materiales con propiedades intrigantes. Tenemos una historia de larga data que comenzó en 2014 cuando describimos la forma en que las películas delgadas de NaCl cúbicas se pueden dividir en capas hexagonales similares al grafeno. Esto muestra que este compuesto simple y común, aparentemente bien estudiado, esconde muchos fenómenos interesantes, especialmente en nanoescala. Este trabajo es nuestro primer paso hacia la búsqueda de nuevos materiales como el NaCl pero con mejor estabilidad (menor solubilidad, mayor estabilidad térmica, y así sucesivamente) que luego se pueden usar de manera efectiva en muchas aplicaciones en electrónica, "señala Alexander Kvashnin, científico investigador senior en Skoltech.

Este trabajo nos acerca a comprender cómo controlar la apariencia y, Como consecuencia, las propiedades de los materiales bidimensionales utilizando un sustrato. La investigación también abre la puerta a más materiales 2-D con aplicaciones potenciales en electrónica y más allá.