氟赐予白石墨烯的新权力－研究人员将普通绝缘体转变为磁性半导体
2017-07-17 00:00:00   来源：新材料在线   评论：0 点击：

前言：六方氮化硼（一种普通绝缘体）的氟化将其转化为磁性半导体。这可能使耐热材料适用于极端环境中的电子和传感器。

图1 密度泛函理论计算显示了氟化的六方氮化硼样品的磁性。它是铁磁的，由氟原子（红色）附着到硼和氮基质上的方式决定的。来源：莱斯大学的Ajayan 集团

少量的氟能将白石墨烯绝缘陶瓷转变成具有磁性的宽带隙半导体。莱斯大学的科学家表示，在极端环境中，可以将此特殊材料用于电子设备。莱斯大学的研究人员用概念理论证实了将二维六方氮化硼（h-BN）（即白石墨烯）从绝缘体转变为半导体的方法。他们说，磁性六方氮化硼的获得是个意外的惊喜。

由于薄原子材料是种特殊的热导体，因此,研究人员认为它可能对应用于高温中的电子产品有用，甚至可能是存储磁的器件。这个发现将会在本周的《Science Advances》中出现。

莱斯大学的科学家Pulickel Ajayan表示：“氮化硼是一种稳定的绝缘体，在商业上,尤其是化妆品方面非常有用，因为它的保护涂层能够吸收紫外线。虽然,我们不断尝试修改其电子结构，并为此付出了很多努力，但是仍认为它不会成为半导体和磁性材料。”他表示：“因为之前没有人在氮化硼中观察到这种情况, 所以这是个很大的不同。”

研究人员发现，向h-BN中添加氟，增加其原子矩阵中的缺陷，从而减小了带隙，使其成为半导体。由此可以推断,带隙决定材料的导电性。莱斯大学的博士后研究员兼作者Chandra Sekhar Tiwary说：“我们看到带隙缩小了约5％的氟化。随着氟化量的增加，带隙变小，直到变成一个点。我们目前需要处理的是精确的控制氟化。我们可以得到氟化的大概范围，但我们还没有完全掌握。由于原子材料薄，一个原子的变化对其影响都相当大。”他强调：“在接下来的实验中，我们要学会精确地调整原子数。”

他们通过入侵氟原子的方式施加张力,改变了氮原子中电子的“旋转”，并影响了它们的磁矩，这些性质决定了原子如何像一个不可见的纳米指南针来响应磁场的。

莱斯大学的研究生和主要作者Sruthi Radhakrishnan说：“我们所看到的角度旋转,对于二维材料来说却是非常不寻的。”不是通过对准来形成铁磁体或彼此抵消，而是自旋随机倾斜，给出均一材料网络磁性随机小区域。这些铁磁体或反铁磁体的小区域里可以允许同样的h-bn的存在，这使得他们变成有竞争域的“沮丧磁铁”。

研究人员说，他们简单可扩展的方法可以潜在应用于其他2-D材料。Again说：“通过纳米工程制造新材料正是我们集团所关注的。”

本文的共同作者是研究生Carlos de los Reyes和Zehua Jin，化学讲师Lawrence Alemany，博士后研究员Vidya Kochat和AngelMartí，生物工程和材料科学与纳米工程化学副教授，全部为莱斯大学的精英;莱斯大学的瓦列里·哈比什库克（Hewery Kabashku）和休斯敦的贝克休斯科技创新中心米兰的ParambathSudeep和多伦多大学，班加罗尔印度科学研究所的Deya Das，AtanuSamanta和莱斯大学校友AbhishekSingh;休斯敦大学梁子登，楚清华;路易斯安那州立大学的Thomas Weldeghiorghis和赖特-帕特森空军基地的空军研究实验室的Ajit Roy。

Ajayan是莱斯大学材料科学与纳米工程学系的主席，Benjamin M.和Mary Greenwood Anderson分别是工程教授、化学教授。

文章来源：sciencedaily，由材料科技在线团队翻译整理。