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餐桌上的食盐,摇身变成实验室中的二维原料

时间:2020-06-29 21:52作者:admin打印字号:

  来源:原理

  氯化钠(NaCl)是吾们最熟识的一栽物质之一。在日常生活必不走少的食盐中,最重要成分就是NaCl,吾们每天在餐桌上、厨房里都会和它见面。

 (左)NaCl的立体组织模型,绿色为氯原子,紫色为钠原子。(右)NaCl晶体(食盐)。| 图片来源:Benjah-bmm27 & W.J.Pilsak (左)NaCl的立体组织模型,绿色为氯原子,紫色为钠原子。(右)NaCl晶体(食盐)。| 图片来源:Benjah-bmm27 & W.J.Pilsak

  吾们往往见到的NaCl是一栽晶体,它的原子遵命浅易的立方体组织排列,每个原子占有着立方体的一个顶点,然后有序地堆叠首来,形成吾们看得见的晶莹剔透的盐粒。微不悦目尺度的规则性和周期性同样逆映在宏不悦目尺度的形状上,盐粒清淡当然地表现出规整的立方体形状。

  永远以来,人们认为对这栽化相符物已经有了很深的晓畅。然而比来,这栽看似浅易的物质却带来了不测的惊喜。一组来自俄罗斯的科学家展望出NaCl在金刚石外貌存在奇怪的二维组织,也就是呈六边形的NaCl薄膜。随后他们经由过程实验首次成功创造出了六边形NaCl。在高压和矮维的状态下,这栽NaCl外现出了超乎想象的复杂性。

  二维原料由一层或几层原子构成,它的性质和组织清淡与大块化相符物有很大分歧。

  最有名的二维原料要数石墨烯,它是碳的一栽方法,拥有很众令人惊讶的特出性能,比如具有很高的强度,导电性能佳。2004年,海姆和诺沃肖洛夫经由过程实验制备并外征了单原子厚度的石墨烯原料,睁开了二维原料的新世界。他们二人也所以获得2010年诺贝尔物理学奖。

单原子厚度的石墨烯。| 图片来源:nobelprize.org单原子厚度的石墨烯。| 图片来源:nobelprize.org

  后来,科学家也最先钻研其他具有趣味性质的二维原料,比如硅烯、锡烯和硼墨烯,它们别离是单层的硅、锡和硼 ,还有MoS2、CuO和其他化相符物的二维薄层组织。随着第一个六边形NaCl膜的相符成,科学家再次展现了二维原料的奇怪性。

  钻研人员最初仅仅是计划进走一些计算钻研,晓畅新的二维组织在分歧衬底上的形成。这是受到一栽倘若的影响,工程这栽倘若认为,倘若衬底与NaCl薄膜具有凶猛的相互作用,薄膜组织答该会发生宏大转折。

  他们行使了一栽自走开发的进化算法,根据所涉及的化学元素来展望能量最矮的组织。算法展望了NaCl在分歧金属和金刚石外貌的晶体组织,而在金刚石外貌的首先特意趣味,NaCl与金刚石益像会外现出凶猛的化学相互作用。展望首先外明,金刚石衬底上存在一栽纳米级厚度的六边形NaCl膜。

在晶体取向(110)的金刚石衬底外貌形成的单层(左)和双层(右)的NaCl膜。在晶体取向(110)的金刚石衬底外貌形成的单层(左)和双层(右)的NaCl膜。

  有了云云令人昂扬的展望首先,科学家当然不想错过这个机会,他们决定经由过程实验来验证。首先,实验相符成的成功确认了这栽六边形NaCl薄膜的存在。NaCl膜的平均厚度约6纳米,更厚的膜会从六边形组织回到立方体组织,也就是吾们所清新的食盐的典型组织。

  钻研人员自夸,原由六边形NaCl与金刚石衬底的强结相符,并且它具有较宽带隙,它有看在金刚石场效答晶体管中首到良益的栅介电质的作用,而场效答晶体管在电动汽车、雷达和通信设备中都具有令人憧憬的行使潜力。现在的场效答晶体管清淡行使的是六边形氮化硼,它具有相通的带隙,但与衬底的结相符较弱。

  这项首先表明,二维原料的周围还很年轻,科学家只发现了一幼片面具有趣味性质的能够的原料。对NaCl这栽浅易而常见的化相符物来说,吾们看似已经有了很深入的晓畅,但它仍暗藏了很众趣味的形象,稀奇是在纳米尺度上。

  钻研的重要作者Alexander Kvashin外示,这项做事也让科学家更进一步晓畅了如何行使衬底限制二维原料的表面和性质,并为更众在电子及其他周围具有湮没行使前景的二维原料睁开了大门。“这项做事是吾们朝着追求新原料的倾向迈出的第一步,有看找到具有更高的安详性的原料,比如消融度更矮或者炎安详性更高的原料。这些原料能够在电子周围中大放异彩。”

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