Nanosheet Kristal Berlapis Membuka Properti Elektronik yang Dapat Disesuaikan
Boron adalah elemen nonlogam serbaguna, tetapi hingga lima tahun terakhir, kimiawan hanya berspekulasi tentang properti berguna dan aplikasi materi boron yang mengandung dua dimensi (2D). Tim yang dipimpin oleh peneliti dari Universitas Tsukuba kini telah membawa teori ke nyata dengan menyiapkan nanosheet boron monosulfida (BS) 2D pertama yang dapat ditangani lapis demi lapis untuk mengontrol properti elektroniknya.
Luas permukaan yang inherently besar dan berbagai keadaan elektronik dari materi 2D membuat mereka kandidat yang baik untuk aplikasi dalam baterai dan perangkat lain. Selain itu, menggabungkan blok bangunan 2D ke dalam materi baru dapat memungkinkan kontrol yang lebih besar atas fungsionalitasnya. Studi komputasi sebelumnya telah menyimpulkan bahwa BS dapat mengadopsi beberapa struktur 2D stabil dengan properti unik. Oleh karena itu, para peneliti memproduksi bahan massa boron:sulfida 1:1, yang memiliki struktur kristal rhombohedral (rombus tiga dimensi) (r-BS), kemudian mengupas lapisan nano individual (2D BS), yang mempertahankan susunan kristal bahan asli.
“Analisis kami mengonfirmasi apa yang telah diprediksi perhitungan kami,” kata pemimpin grup penelitian, Profesor Takahiro Kondo. “Yakni, nanosheet BS memiliki energi celah pita yang berbeda dari bahan massa, dan yang penting, energi celah pita dapat diatur berdasarkan jumlah lembar 2D BS yang tumpuk.”
Kemampuan untuk menghantarkan arus listrik terkait dengan energi celah pita dari suatu materi, jadi ini adalah properti kunci yang terkait dengan aplikasi perangkat elektronik potensial. Para peneliti menemukan bahwa energi celah pita dari satu nanosheet BS relatif besar, tetapi berurutan menurun saat mereka menambahkan satu atau dua lapisan nanosheet tambahan. Energi celah pita dari tumpukan akhirnya mencapai tingkat r-BS massa setelah sekitar lima lembar dirangkai.
“Fitur ini dan massa elektron efektif yang ringan dari nanosheet BS menunjukkan bahwa mereka potensialmente dapat berfungsi sebagai materi semikonduktor tipe-n dengan konduktivitas tinggi,” kata Kondo, “yang membuatnya unik di antara materi boron yang mengandung 2D lainnya yang tidak memiliki celah pita.”
Karena struktur celah pita yang berbeda, elektroda yang terdiri dari r-BS atau 2D BS bereaksi terhadap panjang gelombang cahaya yang berbeda. r-BS membutuhkan irradiasi energi lebih rendah (cahaya terlihat) untuk menghantarkan arus dan menunjukkan perilaku fotokatalitik, sedangkan celah pita yang lebih besar dari 2D BS hanya aktif di bawah cahaya ultraviolet energi lebih tinggi.
Memang, boron tidaklah membosankan! Fenomena yang diinduksi cahaya ini menyoroti fakta bahwa materi boron monosulfida 2D dapat diterapkan dalam perangkat fotokatalitik atau elektronik, dan yang penting, propertinya dapat diatur sesuai kebutuhan dengan mengontrol jumlah nanosheet.
