Méthodes pour synthétiser du diamane stable à haute pression

Configurations du diamane cubique (a) et du diamane hexagonal (b). Crédit :Niu Caoping

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Wang Xianlong des instituts Hefei des sciences physiques de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a découvert une nouvelle méthode pour améliorer la stabilité du diamane synthétisé par des méthodes à haute pression. En introduisant des dopants au bore (B) et à l'azote (N) dans le diamane, ils ont découvert que la structure et les propriétés électroniques du diamane pouvaient être régulées. Les résultats associés ont été publiés dans Physical Review B .

Le diamane est un diamant monocouche bidimensionnel (2D) obtenu en comprimant du graphène bicouche pour former des liaisons intercouches sp3. Avec les caractéristiques à la fois du graphène et du diamant, il devrait s'agir d'un nouveau matériau de carbone 2D aux côtés du graphène. Cependant, le diamane synthétisé par la méthode à haute pression est reconverti en graphène après avoir relâché la pression, et il ne peut pas être maintenu dans des conditions ambiantes.

Dans cette étude, les chercheurs ont étudié les propriétés structurelles et électroniques de différentes formes dopées d'atomes B et N dans le diamane cubique et hexagonal sur la base des méthodes des premiers principes.

Ils ont constaté que la configuration de dopage réduisait l'énergie de formation du diamane, favorisait la synthèse du diamane et améliorait la stabilité du diamane dans des conditions ambiantes.

Ils ont proposé que le mécanisme le plus simple pour synthétiser expérimentalement le diamane consistait à comprimer le graphène bicouche avec une couche dopée avec un atome B et l'autre dopée avec un atome N.

Les bandes interdites des différentes configurations de dopage. Les barres de couleur simple représentent la bande interdite directe et les barres avec des lignes inclinées sur la surface représentent la bande interdite indirecte. Les lignes pointillées rouges et bleues montrent la bande interdite du diamane cubique et hexagonal vierge, respectivement. Crédit :Niu Caoping

Le diamane dopé avec des atomes N était facile à obtenir expérimentalement car l'énergie de formation du diamane n'était pas sensible à la distribution du dopant N. De plus, selon les concentrations et les distributions des atomes B et N, le diamane dopé avait des structures électroniques variables (semi-conducteur, métal, supraconductivité ~ 4 K), ce qui pourrait être appliqué au domaine des dispositifs électroniques 2D.

Ce travail propose un nouveau schéma pour synthétiser du diamane plus stable et fonctionnel. + Explorer plus loin