Gli scienziati di Skoltech e MIPT hanno previsto e poi confermato sperimentalmente l'esistenza di sottili film esagonali esotici di NaCl su una superficie di diamante. Questi film possono essere utili come dielettrici di gate per transistor ad effetto di campo in veicoli elettrici e apparecchiature per telecomunicazioni. La ricerca, sostenuto dalla Russian Science Foundation, è stato pubblicato in Il Journal of Physical Chemistry Letters .

Come il grafene, il famoso carbonio bidimensionale, è stato preparato sperimentalmente e caratterizzato nel 2004 dai futuri premi Nobel Andre Geim e Konstantin Novoselov, gli scienziati hanno iniziato a esaminare altri materiali 2-D con proprietà interessanti. Tra questi ci sono il silicio, stanene e borofene:monostrati di silicio, lattina, e boro, rispettivamente, così come strati 2-D di MoS ₂ , CuO, e altri composti.

Skoltech Ph.D. studentessa Kseniya Tikhomirova, Il Dr. Alexander Kvashnin di Skoltech e il professor Artem R. Oganov di Skoltech e MIPT, insieme ai loro colleghi, si sono basati su studi precedenti su film sottili di NaCl per ipotizzare l'esistenza di un insolito film esagonale di NaCl di nanometri di spessore sulla superficie (110) del diamante.

"Inizialmente abbiamo deciso di eseguire solo uno studio computazionale della formazione di nuove strutture 2-D su diversi substrati, guidato dall'ipotesi che se un substrato interagisce fortemente con il film sottile di NaCl, ci si possono aspettare grandi cambiamenti nella struttura del film sottile. Infatti, abbiamo ottenuto risultati molto interessanti e previsto la formazione di un film esagonale di NaCl sul substrato di diamante, e decise di fare esperimenti. Grazie ai nostri colleghi che hanno eseguito gli esperimenti, abbiamo sintetizzato questo NaCl esagonale, che prova la nostra teoria, "dice Kseniya Tikhomirova, il primo autore del saggio.

I ricercatori hanno utilizzato per la prima volta USPEX, l'algoritmo evolutivo sviluppato da Oganov e dai suoi studenti, prevedere strutture con l'energia più bassa basandosi solo sugli elementi chimici coinvolti. Dopo aver previsto il film esagonale di NaCl, ne hanno confermato l'esistenza effettuando la sintesi sperimentale e la caratterizzazione mediante misure XRD (diffrazione di raggi X) e SAED (diffrazione di elettroni ad area selezionata). Lo spessore medio del film di NaCl era di circa 6 nanometri:un film più spesso ritornerebbe dalla struttura esagonale a quella cubica, tipico del sale da tavola che conosciamo.

Gli scienziati ritengono che, a causa del forte legame con il substrato di diamante e di un'ampia banda proibita, NaCl esagonale può funzionare bene come dielettrico di gate nei FET di diamante, transistor ad effetto di campo che mostrano il potenziale per l'uso nei veicoli elettrici, radar, e apparecchiature per le telecomunicazioni. Ora questi FET utilizzano tipicamente nitruro di boro esagonale, che ha una banda proibita simile ma un legame molto più debole con il substrato.

"I nostri risultati mostrano che il campo dei materiali 2-D è ancora molto giovane, e gli scienziati hanno scoperto solo una piccola parte di possibili materiali con proprietà intriganti. Abbiamo una storia di lunga data che inizia nel 2014, quando abbiamo descritto il modo in cui i film sottili di NaCl cubici possono essere suddivisi in strati esagonali simili al grafene. Questo mostra che questo composto semplice e comune, apparentemente ben studiato, nasconde molti fenomeni interessanti, soprattutto in nanoscala. Questo lavoro è il nostro primo passo verso la ricerca di nuovi materiali come NaCl ma aventi una migliore stabilità (minore solubilità, maggiore stabilità termica, e così via) che poi possono essere efficacemente utilizzati in molte applicazioni in elettronica, " nota Alexander Kvashnin, ricercatore senior presso Skoltech.

Questo lavoro ci avvicina alla comprensione di come controllare l'aspetto e, come conseguenza, le proprietà dei materiali bidimensionali che utilizzano un substrato. La ricerca apre anche la porta a più materiali 2-D con potenziali applicazioni in elettronica e oltre.