氟給白石墨烯注入新活力

概要：

Rice大學的研究人員將普通絕緣體轉變為磁性半導體，六方氮化硼（一種普通絕緣體）的氟化將會使其變成磁性半導體，這種耐熱材料可應用于處于極端環境中的電子和傳感器。

【圖注】密度泛函理論計算顯示了六方氮化硼氟化樣品的磁性能。由氟原子（紅色）在硼和氮基質上的附著方式，可看出該樣品是鐵磁性的。

少許氟的加入可將白色石墨烯的絕緣陶瓷轉變成具有磁性的寬帶隙半導體。Rice 大學的科學家表示，可以使這種獨特的材料適用于極端環境中的電子設備。來自Rice研究人員的概念文件闡釋了將二維六方氮化硼（h-BN）（即白色石墨烯）從絕緣體轉變為半導體的方法。他們說，磁性是一個意想不到的收獲。由于原子層薄片材料是一種特殊的熱導體，研究人員認為它可應用于高溫中的電子產品，甚至可能是磁存儲器件。

Rice大學的科學家Pulickel Ajayan表示：“氮化硼是一種穩定的絕緣體，在商業上非常有用，它可吸收紫外線，在化妝品中作為防曬層。我們努力嘗試著修改其電子結構，但是我們認為它不會成為半導體和磁性材料。所以這是一個很大的改變，沒有人曾在氮化硼中看到過這種行為。”

研究人員發現，向h-BN中添加氟將引入其原子矩陣中的缺陷，從而減小了帶隙，使其成為半導體（帶隙決定材料的導電性）。Rice大學博士后研究員兼合著者Chandra Sekhar Tiwary說：“在5%的氟化后，我們看到了導帶帶隙的縮小。隨著額外的氟化，帶隙繼續變小，但會到達一個臨界。控制精確的氟化是我們需要做的工作，我們可以得出氟化的范圍，但是我們還不能完美地控制該過程，因為材料原子層極薄，一個原子或多或少的變化層出不窮。”

“在接下來的一組實驗中，我們想要學會精確地一個個調整原子，”他說。他們確定入侵的氟原子所施加的張力改變了氮原子中電子的“旋轉”，并影響了它們的磁矩，這在無形中使得原子將像納米尺度的羅盤那樣響應磁場。

Rice大學的研究生和主要學者Sruthi Radhakrishnan說：“我們能看到角度變化產生的旋轉，這對于二維材料來說十分不同尋常。不是對齊排列以形成鐵磁體或彼此抵消，而是自旋隨機傾斜，出現平整材料的網絡磁性隨機袋。這些鐵磁體或反鐵磁性口袋可以存在于相同的h-BN樣品中，并使得它們與相對的領域成為“沮喪的磁體”。

研究人員說，它們易于擴展的方法可以潛在地應用于其他2-D材料。 “通過納米工程制造新材料正是我們集團所關注的，”Ajayan說。

參考文獻：Fluorine grants white graphene new powers

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