氟授予白色石墨烯新的力量

赖斯大学研究生Sruthi Radhakrishnan显示纯六边形氮化硼和氟化六边形氮化硼的样品。图片信用：杰夫菲特洛/赖斯大学

一点氟将被称为白色石墨烯的绝缘陶瓷变成宽带隙半导体，具有磁性。赖斯大学科学家表示，可以使独特的材料在极端环境中适用于电子产品。

米饭研究人员的概念证明纸张展示了一种转向二维的方法六方氮化硼（H-BN） - AKA白色石墨烯 - 从绝缘体到半导体。他们说，磁性是一种意想不到的奖金。

由于这种原子般薄的材料是一种特殊的热导体，研究人员认为它可能对高温应用中的电子产品有用，甚至可能作为一种材料磁记忆器件。

这项发现将于本周发表在科学进步。

“氮化硼是一种稳定的绝缘体，作为一种保护涂层在商业上非常有用，甚至在化妆品中，因为它能吸收紫外线，”水稻材料科学家Pulickel Ajayan说，他的实验室领导了这项研究有很多努力试图改变它的电子结构，但我们认为它不能同时成为半导体和磁性材料。

“所以这是完全不同的东西；没有人见过这种行为氮化硼之前，“他说。

研究人员发现将氟加入H-BN引入其原子基质中的缺陷，其降低了足够的带隙以使其成为半导体。带隙决定了材料的电导率。

用密度泛函理论计算了六方氮化硼氟化样品的磁性能。这个版本是反铁磁性的，由氟原子（红色）如何附着在硼和氮基体上决定。信用：亚杰扬集团/莱斯大学

赖斯的博士后研究员和合著者钱德拉·塞哈尔·蒂瓦里说：“我们发现，氟化率为5%时，差距减小了。”。通过额外的氟化，间隙变小了，但只有一点。”控制精确的氟化是我们需要努力的事情。我们可以得到范围，但我们还没有完美的控制。因为材料是原子薄的，一个原子少或多的变化很大。

他说：“在接下来的一组实验中，我们想学习精确地调整它，一个原子一个原子地调整。”。

他们确定，侵入的氟原子所施加的张力改变了氮原子中电子的“自旋”，并影响了它们的磁矩，这种幽灵般的性质决定了一个原子如何对磁场做出反应，就像一个看不见的纳米级罗盘。

赖斯的研究生兼主要作者sruthiradhakrishnan说：“我们看到了面向角度的旋转，这对于二维材料来说是非常不传统的。”。这些自旋不是排列成铁磁体，也不是相互抵消，而是随机成角度，给扁平材料随机的净磁性口袋。这些铁磁或反铁磁口袋可以存在于同一样本的h-BN中，这使得它们成为具有竞争畴的“受挫磁体”。

研究人员表示，它们的简单可扩展方法可能会应用于其他2-D材料。“通过纳米工程使新材料恰好是我们的团队的约束，”Ajayan说。

用密度泛函理论计算了六方氮化硼氟化样品的磁性能。这个版本是反铁磁性的，由氟原子（红色）如何附着在硼和氮基体上决定。图像信用：阿杰扬集团/莱斯大学

本文的共同作者是毕业生Carlos de Los Reyes和Zehua Jin，化学讲师劳伦斯阿莱蒙语，博士后研究员Vidya Kochat和AngelMartí，化学副教授，生物工程和材料科学和纳米工程，所有米;Vally Khabashesku米饭和休克休斯技创新中心休斯顿;派对征收大米和多伦多大学;Deya Das，Atanu Samanta和Rice Alumnus Abhishek Singh印度科学研究所，班加罗尔;休斯顿大学梁子邓和清武楚;路易斯安那州立大学的托马斯·佩德古吉斯及赖特 - 帕特森空军基地的空军研究实验室Ajit Roy。