Configuraciones de diamante cúbico (a) y diamante hexagonal (b). Crédito:Niu Caoping
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Wang Xianlong de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China (CAS) ha descubierto un nuevo método para mejorar la estabilidad del diamane sintetizado por métodos de alta presión. Al introducir dopantes de boro (B) y nitrógeno (N) en el diamane, descubrieron que la estructura y las propiedades electrónicas del diamane podían regularse. Los resultados relacionados se publicaron en Physical Review B .
Diamane es un diamante bidimensional (2D) de una sola capa obtenido mediante la compresión de grafeno bicapa para formar enlaces sp3 entre capas. Con las características tanto del grafeno como del diamante, se espera que sea un nuevo material de carbono 2D junto con el grafeno. Sin embargo, el diamane sintetizado por el método de alta presión se vuelve a convertir en grafeno después de liberar la presión y no se puede mantener en condiciones ambientales.
En este estudio, los investigadores investigaron las propiedades estructurales y electrónicas de diferentes formas dopadas de átomos de B y N en diamantes cúbicos y hexagonales según los métodos de los primeros principios.
Encontraron que la configuración de dopaje redujo la energía de formación de diamane, promovió la síntesis de diamane y mejoró la estabilidad de diamane en condiciones ambientales.
Propusieron que el mecanismo más fácil para sintetizar diamane experimentalmente era comprimiendo grafeno bicapa con una capa dopada con un átomo B y la otra dopada con un átomo N.
Las bandas prohibidas de diferentes configuraciones de dopaje. Las barras con un color simple representan la banda prohibida directa y las barras con líneas inclinadas en la superficie representan la banda prohibida indirecta. Las líneas discontinuas rojas y azules muestran la banda prohibida de diamantes cúbicos y hexagonales prístinos, respectivamente. Crédito:Niu Caoping
El diamane dopado con átomos de N fue fácil de obtener experimentalmente porque la energía de formación del diamane no era sensible a la distribución del dopante N. Además, dependiendo de las concentraciones y distribuciones de los átomos de B y N, el diamante dopado tenía estructuras electrónicas variables (semiconductor, metal, superconductividad ~ 4 K), que podrían aplicarse al campo de los dispositivos electrónicos 2D.
Este trabajo ofrece un nuevo esquema para sintetizar diamane más estable y funcional. Un nuevo alótropo de carbono bidimensional:Sintetización de una película de diamantina semiconductora
