Una capa de nitruro de boro hexagonal tiene la forma de una malla de gallinero, y está formado por la alternancia de boro (B, rosa) y nitrógeno (N, azul). Dependiendo de cómo se apilen las capas, el material asume diferentes disposiciones:AA, AB, C.A, AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO', AB ', y AC '. El equipo logró y estudió un límite de apilamiento AA? / AB por primera vez. Crédito:IBS
En el campo de la electrónica 2-D, la norma solía ser que el grafeno es el principal protagonista y el nitruro de boro hexagonal (hBN) es su soporte pasivo aislante. Investigadores del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional (CMCM) dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) hizo un descubrimiento que podría cambiar el papel de hBN. Han informado que el apilamiento de láminas ultradelgadas de hBN de una manera particular crea un límite de conducción con banda prohibida cero. En otras palabras, el mismo material podría bloquear el flujo de electrones, como buen aislante, y también conducen electricidad en un lugar específico. Publicado en la revista Avances de la ciencia , Se espera que este resultado aumente el interés en hBN al darle una parte más activa en la electrónica 2-D.
De manera similar al grafeno, hBN es un material 2-D con alto contenido químico, estabilidad mecánica y térmica. Las hojas de hBN se asemejan a una malla de gallinero, y están hechos de anillos hexagonales de átomos de boro y nitrógeno alternados, fuertemente unidos. Sin embargo, a diferencia del grafeno, hBN es un aislante con una gran banda prohibida de más de cinco electronvoltios, lo que limita sus aplicaciones.
"En contraste con el amplio espectro de aplicaciones propuestas para el grafeno, El nitruro de boro hexagonal a menudo se considera un material inerte, en gran parte confinado como sustrato o barrera de electrones para dispositivos basados en materiales 2-D. Cuando comenzamos esta investigación, estábamos convencidos de que reducir la banda prohibida de hBN podría dar a este material la versatilidad del grafeno, "dice el primer autor, Parque Hyo Ju.
Varios intentos de reducir la banda prohibida de hBN han sido en su mayoría ineficaces debido a sus fuertes enlaces covalentes boro-nitrógeno y su inercia química. Investigadores del IBS en colaboración con colegas del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), Universidad de Sejong, Corea, y la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, logró producir un límite de apilamiento particular de unas pocas capas de hBN que tenían una banda prohibida de cero electronvoltios.
Se forma un canal conductor en el límite de apilamiento de la hoja de nitruro de boro hexagonal (hBN) que parece estar cosida con anillos hexagonales oblongos. Se une a una disposición de todos los átomos de nitrógeno que se encuentran por encima de los átomos de boro, y todos los átomos de boro que se encuentran sobre los átomos de nitrógeno en posiciones perfectamente alineadas (lado izquierdo del canal) y otra configuración donde la mitad de los átomos se encuentran sobre el centro de los anillos de la hoja inferior, y la otra mitad se superpone con los átomos de debajo (lado derecho del canal). Crédito:IBS
Imágenes de microscopía electrónica de transmisión de nitruro de boro hexagonal de pocas capas con límites de apilamiento AA '/ AB atómicamente nítidos. Los canales de banda prohibida cero entre AA 'y AB se indican con líneas discontinuas amarillas en (b), y representado en alta resolución también en (c), (d) y (e). Crédito:IBS
Dependiendo de cómo se apilen las hojas de hBN, el material puede asumir diferentes configuraciones. Por ejemplo, en el llamado arreglo AA ', los átomos en una capa están alineados directamente en la parte superior de los átomos en otra capa, pero las capas sucesivas se rotan de manera que el boro se encuentra en el nitrógeno y el nitrógeno en los átomos de boro. En otro tipo de diseño, conocido como AB, la mitad de los átomos de una capa se encuentran directamente sobre el centro de los anillos hexagonales de la hoja inferior, y los otros átomos se superponen con los átomos que están debajo.
Por primera vez, El equipo ha informado de límites de apilamiento AA '/ AB atómicamente nítidos formados en hBN de pocas capas crecido por deposición de vapor químico. Caracterizado por una línea de anillos hexagonales oblongos, este límite específico tiene cero banda prohibida. Para confirmar este resultado, la investigación realizó varias simulaciones y pruebas a través de microscopía electrónica de transmisión, cálculos de la teoría funcional de la densidad, y simulaciones de dinámica molecular ab initio.
"Un canal conductor atómico amplía infinitamente el rango de aplicación del nitruro de boro, y abre nuevas posibilidades para todos los dispositivos nanoelectrónicos 2-D o all-hBN, ", señala el autor correspondiente, Zonghoon Lee.
