Новости

20 декабря, 2021 11:59

Расшифрована атомная кристаллическая структура оксинитрида бора

Источник: XX2 Век
Российские учёные расшифровали кристаллическую структуру оксинитрида бора (BNO) — материала с контролируемыми электронными и оптическими свойствами. Ранее считалось, что замена части азота в нитриде бора на кислород не изменит строение решётки. Но изучение этого материала методами компьютерного моделирования показало: кристаллическая структура становится иной, при этом меняются и свойства материала.
Источник: James L Marshall / University of North Texas

Исследование расширяет область потенциального применения двумерных наноматериалов. Возможно, на их основе получится создать совершенно новые приборы. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, где были отмечены редакцией и вошли в тематическую подборку 2021 PCCP HOT Articles.

Оксинитрид бора (BNO) совмещает в себе начальную структуру (атомную и электронную) гексагонального нитрида бора с низкой электропроводностью. Внедрение кислорода может изменять кристаллическую решётку нитрида бора.

«Любые свойства материала связаны с особенностями его структуры. Однако до сих пор было неясно, как изменяется атомное строение h-BN после окисления. Этот факт сподвигнул нас сконцентрироваться на изучении кристаллической структуры оксинитрида бора. Мы начали исследование с применения эволюционного алгоритма USPEX, который позволяет предсказывать строение материала, исходя из знания только лишь его химического состава», — рассказывает Дмитрий Квашнин, руководитель проекта РНФ, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН.


Расшифрована атомная структура оксинитрида бора (BNO), синтезированного в 2017 году (элементарная ячейка двумерного материала представлена слева). Необычная атомная структура приводит к смещению области поглощения в область ближнего ультрафиолета по сравнению с чистым h-BN (спектр поглощения справа). Источник: Дмитрий Квашнин

«Эволюционный алгоритм на этапе проведения первоначального скрининга дал нам большой массив новых кристаллических структур. Далее полученные структуры изучались более детально с помощью приближений теории функционала электронной плотности», — поясняет Захар Попов, соавтор работы, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИБХФ РАН.

Расчёты показали, что в результате добавления в нитрид бора кислорода образуются специфические двумерные структуры. Они более дефектные и менее плотные, и в результате значение упругих постоянных ниже, чем у исходного вещества. Этот факт объясняется особенностями положения атомов кислорода. При определённой концентрации для них оказывается энергетически более выгодным образовать эпоксидный мостик между двумя другими атомами в материале и нарушить структуру решётки, чем заместить их. Это также привело к появлению локальных дипольных моментов, которые могут придать структуре необычные пьезоэлектрические свойства — иными словами, возрастает вероятность возникновения и усиления электрических импульсов при механическом воздействии.

«Ранние работы по исследованию структуры BNO были основаны на концепции того, что атомы кислорода внедряются в решётку гексагонального нитрида бора в позиции замещения атомов азота, при этом не меняя её. Нам удалось показать, что кристаллическая структура BNO намного сложнее. Результаты исследования приближают возможность реального применения оксинитрида бора на практике, в частности, для дальнейшего использования в нано-, опто- и электромеханических устройствах», — заключил Дмитрий Квашнин.


20 мая, 2022
Столичные зоологи нашли четыре новых вида моллюсков в одном
Четыре новых вида моллюсков открыли зоологи биологического факультета МГУ во Вьетнаме. Команда био...
19 мая, 2022
Что вызывает рецидивы у больных раком лёгких
В МФТИ исследовали устойчивость опухолевых стволовых клеток немелкоклеточного рака лёгкого к ...