Lapisan Nanosheet Kristal Mengaktifkan Properti Elektronik Merdu

Boron adalah elemen non-logam serbaguna, tetapi sampai lima tahun terakhir, ahli kimia hanya berteori tentang sifat dan aplikasi yang berguna dari bahan yang mengandung boron dua dimensi (2D). Sebuah kelompok yang dipimpin oleh para peneliti dari Universitas Tsukuba kini telah menghidupkan teori dengan menyiapkan lembaran nano boron monosulfida (BS) 2D pertama yang dapat ditangani lapis demi lapis untuk mengontrol sifat elektroniknya.

Area permukaan yang besar secara inheren dan keadaan elektronik yang beragam dari material 2D menjadikannya kandidat yang baik untuk aplikasi pada baterai dan perangkat lain. Selain itu, menggabungkan blok bangunan 2D menjadi bahan baru dapat memungkinkan kontrol yang lebih besar atas fungsinya. Studi komputasi sebelumnya telah menyarankan bahwa BS dapat mengadopsi beberapa struktur 2D yang stabil dengan sifat unik. Oleh karena itu, para peneliti membuat bahan massal boron:sulfida 1:1, yang memiliki struktur kristal belah ketupat (r-BS), dan kemudian melepaskan lapisan nano individu (2D BS), yang mempertahankan bahan asli. susunan kristal.

"Analisis kami mengkonfirmasi apa yang telah diprediksi oleh perhitungan kami sendiri," kata pemimpin kelompok penelitian, Profesor Takahiro Kondo. "Artinya, nanosheet BS memiliki energi celah pita yang berbeda dari material curah, dan yang terpenting, celah pita dapat disetel berdasarkan jumlah lembar BS 2D yang ditumpuk."

Kemampuan untuk menghantarkan arus listrik terkait dengan energi celah pita suatu material, sehingga merupakan properti utama yang terkait dengan aplikasi perangkat elektronik potensial. Para peneliti menemukan bahwa energi celah pita dari nanosheet BS tunggal relatif besar, tetapi menurun berturut-turut saat mereka menambahkan satu atau dua lapisan nanosheet tambahan. Energi celah pita tumpukan akhirnya mencapai tingkat r-BS massal setelah sekitar lima lembar dirakit.

"Fitur dan massa elektron efektif ringan dari nanosheet BS menunjukkan bahwa mereka berpotensi berfungsi sebagai bahan semikonduktor tipe-n dengan konduktivitas tinggi," kata Kondo, "yang membuatnya unik di antara bahan yang mengandung boron 2D lainnya yang tidak diketahui. memiliki celah pita."

Karena struktur celah pita yang berbeda, elektroda yang terdiri dari r-BS atau 2D BS merespons panjang gelombang cahaya yang berbeda. r-BS membutuhkan iradiasi berenergi rendah (cahaya tampak) untuk menghantarkan arus dan menunjukkan perilaku fotokatalitik, sedangkan celah pita yang lebih besar dari BS 2D hanya aktif di bawah sinar ultraviolet berenergi lebih tinggi.

Memang, boron jauh dari membosankan! Fenomena yang diinduksi cahaya ini menyoroti fakta bahwa bahan boron monosulfida 2D dapat diterapkan dalam perangkat fotokatalitik atau elektronik, dan yang terpenting, sifat mereka dapat disetel sesuai kebutuhan dengan mengontrol jumlah nanosheet.