Os cientistas da Skoltech e do MIPT previram e depois confirmaram experimentalmente a existência de filmes finos hexagonais exóticos de NaCl na superfície do diamante. Esses filmes podem ser úteis como dielétricos de porta para transistores de efeito de campo em veículos elétricos e equipamentos de telecomunicações. A pesquisa, apoiado pela Russian Science Foundation, foi publicado em The Journal of Physical Chemistry Letters .

Como grafeno, o famoso carbono bidimensional, foi experimentalmente preparado e caracterizado em 2004 pelos futuros ganhadores do Nobel Andre Geim e Konstantin Novoselov, os cientistas começaram a pesquisar outros materiais 2-D com propriedades interessantes. Entre estes estão o siliceno, estaneno e borofeno - monocamadas de silício, lata, e boro, respectivamente, bem como camadas 2-D de MoS ₂ , CuO, e outros compostos.

Skoltech Ph.D. estudante Kseniya Tikhomirova, O Dr. Alexander Kvashnin da Skoltech e o Professor Artem R. Oganov da Skoltech e MIPT, juntamente com seus colegas, construíram estudos anteriores de filmes finos de NaCl para hipotetizar a existência de um filme hexagonal incomum de NaCl de espessura nanométrica na superfície (110) do diamante.

“Inicialmente decidimos realizar apenas um estudo computacional da formação de novas estruturas 2-D em diferentes substratos, impulsionado pela hipótese de que se um substrato interagir fortemente com o filme fino de NaCl, pode-se esperar grandes mudanças na estrutura do filme fino. De fato, obtivemos resultados muito interessantes e previmos a formação de um filme hexagonal de NaCl sobre o substrato de diamante, e decidiu realizar experimentos. Graças aos nossos colegas que realizaram os experimentos, nós sintetizamos este NaCl hexagonal, o que prova nossa teoria, "diz Kseniya Tikhomirova, o primeiro autor do artigo.

Os pesquisadores usaram pela primeira vez a USPEX, o algoritmo evolutivo desenvolvido por Oganov e seus alunos, para prever estruturas com a energia mais baixa com base apenas nos elementos químicos envolvidos. Depois de prever o filme hexagonal de NaCl, eles confirmaram sua existência realizando síntese experimental e caracterização por medidas de XRD (difração de raios-X) e SAED (difração de elétrons de área selecionada). A espessura média do filme de NaCl era de cerca de 6 nanômetros - um filme mais espesso iria reverter da estrutura hexagonal para a cúbica, típico para o sal de mesa que conhecemos.

Os cientistas acreditam que, devido à forte ligação ao substrato de diamante e um amplo espaço entre bandas, NaCl hexagonal pode funcionar bem como um dielétrico de porta em FETs de diamante - transistores de efeito de campo que mostram potencial para uso em veículos elétricos, radares, e equipamentos de telecomunicações. Agora, esses FETs normalmente usam nitreto de boro hexagonal, que tem bandgap semelhante, mas uma ligação muito mais fraca ao substrato.

"Nossos resultados mostram que o campo de materiais 2-D ainda é muito jovem, e os cientistas descobriram apenas uma pequena porção de materiais possíveis com propriedades intrigantes. Temos uma longa história que começou em 2014, quando descrevemos como os filmes finos de NaCl cúbico podem ser divididos em camadas hexagonais semelhantes ao grafeno. Isso mostra que este composto simples e comum, aparentemente bem estudado, esconde muitos fenômenos interessantes, especialmente em nanoescala. Este trabalho é nosso primeiro passo na busca por novos materiais como o NaCl, mas com melhor estabilidade (menor solubilidade, maior estabilidade térmica, e assim por diante), que então pode ser usado efetivamente em muitas aplicações em eletrônica, "observa Alexander Kvashnin, cientista pesquisador sênior da Skoltech.

Este trabalho nos aproxima de compreender como controlar a aparência e, como consequência, as propriedades de materiais bidimensionais usando um substrato. A pesquisa também abre a porta para mais materiais 2-D com aplicações potenciais em eletrônica e muito mais.