Борис Якобсон, преподаватель Rice материаловедения и наноинженерии и химии, был дежурным экспертом, когда группа лабораторий в Сингапуре, Китае, Японии и Тайване используемая соль, чтобы сделать «библиотеку» 2-х материалов, которые объединили металлы перехода и chalcogens.Эти комплексы могли привести к и более быстрым транзисторам меньшего размера, гелиотехнике, датчикам и катализаторам, по словам исследователей.
Через первый принцип молекулярные моделирования динамики и точные энергетические вычисления, Якобсон и его коллеги решили, что соль уменьшает температуру, при которой некоторые элементы взаимодействуют в печи химического смещения пара (CVD). Это облегчает формировать толстые атомом слои, подобные графену, но с потенциалом, чтобы настроить их химический состав для определенного материала слоя и соответственно электрические, оптические, каталитические и другие полезные свойства.
Исследовательская группа включая Якобсона и Rice постдокторский исследователь Юй Се и аспирант Цзиньчэн Лэй сообщили о своих результатах на этой неделе по своей природе.Команда во главе с Чжэн Лю из Наньянского технологического университета в Сингапуре использовала свою закаленную технику с CVD, чтобы создать 47 соединений металла chalcogenides (которые содержат chalcogen и электроположительный металл).
У большинства новых комплексов было два компонента, но некоторые были сплавами три, четыре и даже пять. Многие материалы были предположены и даже желанными, Якобсон сказал, но никогда не делаемый.В процессе CVD атомы, взволнованные температурами – в этом случае между 600 и 850 градусами Цельсия (1,112 и 1 562 градуса по Фаренгейту) – формируют газ и в конечном счете обосновываются на основании, связываясь с атомами дополнительной химии, чтобы сформировать кристаллы монослоя.Исследователи уже подозревали, что соль могла облегчить процесс, сказал Якобсон.
Лю приехал к нему, чтобы просить молекулярный образцовый анализ изучить, почему соль облегчила плавить металлы с chalcogens и заставлять их реагировать. Это помогло бы им учиться, могло ли бы это работать в более широкой палитре периодической таблицы.«Они действительно выразительно широко работали, чтобы сделать много новых материалов и характеризовать каждого из них всесторонне», сказал Якобсон. «С нашей теоретической точки зрения новинка в этом исследовании – то, что у нас теперь есть лучшее понимание того, почему добавление простой соли понижает точку плавления для этих металлических окисей и особенно уменьшает энергетические барьеры промежуточных звеньев на пути к преобразованию их в chalcogenides».Как ли в форме общей столовой соли (поваренная соль) или более экзотические комплексы как йодид калия, соль, находили, позволила химические реакции, понижая энергичный барьер, который иначе препятствует тому, чтобы молекулы взаимодействовали в чем-то меньшем чем ультравысоких температурах, сказал Якобсон.
«Я называю его, ‘соль нападает’», сказал он. «Это важно для синтеза. Во-первых, когда Вы пытаетесь объединить твердые частицы, неважно насколько маленький они, они все еще ограничили контакт друг с другом. Но если Вы плавите их с помощью соли, Вы получаете большой контакт на молекулярном уровне.
«Второй, соленый уменьшает пункт возвышения, где тело подвергается преобразованию фазы к газу. Это означает, что больше составляющих молекул материала вскакивает в газовую фазу. Это хорошо для транспорта общего назначения, и контакт выпускает и помогает реакции в целом».
Рисовая команда обнаружила, что процесс не облегчает формирование самого 2-го материала непосредственно так, поскольку это допускает формирование промежуточного звена oxychlorides. Эти oxychlorides тогда приводят к 2-му chalcogenide росту.Детализация этого процесса потребовала интенсивных моделирований атома атомом, сказал Якобсон.
Они заняли недели усиленных вычислений квантовых взаимодействий только среди приблизительно 100 атомов – все, чтобы показать всего 10 пикосекунд реакции. «Мы только сделали четыре из комплексов, потому что они были так в вычислительном отношении дорогими, и появляющаяся картина была достаточно четкой», сказал Якобсон.Соавторы бумаги – Цзядун Чжоу, Фуцай Лю, Qundong Fu, Циншэн Цзэн, Хун Ван, Ю Чен, Хуан Ся, Тинг Ю и Цзэсян Шэнь из Наньянского технологического университета, Сингапур; Джанхэо Лин и Кэзу Суенэга из Национального Института Передовой Промышленной Науки и техники, Цукубы, Япония; Сянвэй Хуан, Гуантун Лю, Яо Чжоу и Цянь Лю из китайской Академии наук, Пекин; Хуимеи Ю из Восточного китайского Университета Науки и техники, Шанхая; Ди Ву и Chuang-ханьский Сюй из Национального университета Сингапура; Чангли Янг и Ли Лу из китайской Академии наук и Совместного Инновационного Центра Квантового Вопроса, Пекина; и Хсин Лин из Национального университета Сингапура и Института Физики, Академии Sinica, Тайбэй, Тайвань.
Американское Министерство энергетики, Сингапур Национальный Исследовательский фонд, JST-ACCEL, JSPS KAKENHI, Национальная Ключевая Научно-исследовательская Программа Китая, Национальный Фонд Естествознания Китая, Министерство Науки и техники Китая и китайской Академии наук поддержало исследование.