Un cálculo de la teoría funcional de la densidad mostró las propiedades magnéticas de una muestra fluorada de nitruro de boro hexagonal. Esta versión es ferromagnética, determinado por la forma en que los átomos de flúor (rojo) se unen a la matriz de boro y nitrógeno. Crédito:Ajayan Group / Rice University
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 podría hacer que el material único sea adecuado para la electrónica en entornos extremos.
Un documento de prueba de concepto de los 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, ellos dijeron, es una ventaja inesperada.
Debido a que el material atómicamente delgado es un conductor excepcional de calor, los investigadores sugirieron que puede ser útil para la electrónica en aplicaciones de alta temperatura, quizás incluso como dispositivos de memoria magnética.
El descubrimiento aparece esta semana en Avances de la ciencia .
"El nitruro de boro es un aislante estable y comercialmente muy útil como revestimiento protector, incluso en cosmética, porque absorbe la luz ultravioleta, "dijo el científico de materiales de Rice Pulickel Ajayan, cuyo laboratorio dirigió el estudio. "Se ha hecho un gran esfuerzo para intentar modificar su estructura electrónica, pero no pensamos que pudiera convertirse tanto en un semiconductor como en un material magnético.
"Así que esto es algo bastante diferente; nadie ha visto antes este tipo de comportamiento en el nitruro de boro, " él dijo.
Los investigadores encontraron que agregar flúor a h-BN introducía defectos en su matriz atómica que reducían la banda prohibida lo suficiente como para convertirlo en un semiconductor. La banda prohibida determina la conductividad eléctrica de un material.
Un cálculo de la teoría funcional de la densidad mostró las propiedades magnéticas de una muestra fluorada de nitruro de boro hexagonal. Esta versión es anti-ferromagnética, determinado por la forma en que los átomos de flúor (rojo) se unen a la matriz de boro y nitrógeno. Crédito:Ajayan Group / Rice University
"Vimos que la brecha disminuye en aproximadamente un 5 por ciento de fluoración, ", dijo el investigador postdoctoral y coautor de Rice, Chandra Sekhar Tiwary. La brecha se reduce con la fluoración adicional, pero solo hasta cierto punto. "Controlar la fluoración precisa es algo en lo que debemos 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 siguiente conjunto de experimentos, queremos aprender a afinarlo con precisión, átomo por átomo, " él dijo.
Determinaron que la tensión aplicada por la invasión de 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 un invisible, brújula a nanoescala.
"Vemos giros orientados a ángulos, que son muy poco convencionales para materiales 2-D, ", dijo el estudiante graduado de Rice y autor principal Sruthi Radhakrishnan. En lugar de alinearse para formar ferromagnetos o anularse entre sí, los giros están en ángulo aleatorio, dando al material plano bolsillos aleatorios de magnetismo neto. 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 en competencia.
Los investigadores dijeron que su simple, El método escalable se puede aplicar potencialmente a otros materiales 2-D. "Fabricar nuevos materiales a través de la nanoingeniería es exactamente de lo que se trata nuestro grupo, "Dijo Ajayan.
Sruthi Radhakrishnan, estudiante graduado de la Universidad de Rice, muestra muestras de nitruro de boro hexagonal puro y nitruro de boro hexagonal fluorado. La fluoración convierte el material conocido como grafeno blanco, un aislante común, en un semiconductor magnético que puede ser adecuado para dispositivos electrónicos y sensores en entornos extremos. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los coautores del artículo son los estudiantes graduados Carlos de los Reyes y Zehua Jin, el profesor de química Lawrence Alemany, la investigadora postdoctoral Vidya Kochat y Angel Martí, un profesor asociado de química, of bioengineering and of materials science and nanoengineering, todo el arroz; Valery Khabashesku of Rice and the Baker Hughes Center for Technology Innovation, Houston; Parambath Sudeep of Rice and the University of Toronto; Deya Das, Atanu Samanta and Rice alumnus Abhishek Singh of the Indian Institute of Science, Bangalore; Liangzi Deng and Ching-Wu Chu of the University of Houston; Thomas Weldeghiorghis of Louisiana State University and Ajit Roy of the Air Force Research Laboratories at Wright-Patterson Air Force Base.
Ajayan is chair of Rice's Department of Materials Science and NanoEngineering, the Benjamin M. and Mary Greenwood Anderson Professor in Engineering and a professor of chemistry.
