Материалы портала «Научная Россия»

Поверхность реконструированного бора не имеет свойств металла

Поверхность реконструированного бора не имеет свойств металла
 Ученые доказали, что поверхность реконструированного кристалла бора не обладает металлическими свойствами, зато может помочь с искусственным фотосинтезом.

Сянь-Фэн Чжу (Xiang-Feng Zhou) совместно с коллегами из университета Стоуни-Брук обнаружил, что поверхность кристалла бора не обладает металлическими свойствами. Иными словами, бор не относится к числу топологических изоляторов — неметаллических материалов с металлическими поверхностями, способными проводить электрический ток. Об этом сообщает веб-сайт университета со ссылкой на их статью в журналеPhysical Review Letters.

Недавно был открыт новый класс материалов, который назвали топологическими изоляторами — неметаллические материалы с металлическими поверхностями, способными проводить электрический ток. Этот эффект наблюдается только в материалах, которые содержат тяжелые элементы. Швейцарские ученые предсказали, что реконструированная поверхность бора демонстрирует аналогичное поведение, бор — это легкий элемент, и его металлическая поверхность может быть быть создана только перестройкой атомов на поверхности.

Именно это предположение и опроверг Чжу, проводящий исследования в лаборатории Артема Оганова, выпускника МГУ, а ныне профессора теоретической кристаллографии на факультете геофизики. Ученые использовали программу для предсказания структуры USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xrystallography — Универсальный предсказатель структуры: эволюционная кристаллография), соединяющий мощный глобальный алгоритм оптимизации с квантовой механикой и используется более 1900 учеными по всему миру. «В нашей программе соединены специально разработанный эволюционный алгоритм и квантово-механические вычисления, основанные на функциональной теории плотности, — объяснил Оганов, создатель USPEX и руководитель лаборатории, где сотрудничает Чжу. — На этих методах и технологиях основаны сегодня вычислительные методы в материаловедении».

Реалистическая модель поверхностной реконструкции кристаллов бора, построенная с помощью USPEX, показала, что реконструкция происходит с гораздо меньшей энергией, чем было считалось раньше, что подтверждает, что классическое правило подсчета электронов (для объяснения электронной структуры и связей) управляет всей реконструкцией. Альфа-поверхность бора [111] является полупроводником, как и в случае с большинством других кристаллов, и имеет структуру аналогичную другим фазам бора и гамма-бора.

«Это может помочь разработать стратегию синтеза таких фаз на поверхности альфа-бора. Несмотря на то, что наши вычисления опровергают существующие предположения о металлических свойствах поверхности, открывающиеся возможности могут быть не менее интересными», — объяснил Чжу. Однако результаты работы могут оказаться полезными для исследований в области фотокаталитического расщепления воды, где бор считается перспективным материалом.

Фотокаталитическое расщепление воды — это процесс искусственного фотосинтеза, который используется для расщепления воды на кислород и водород. С его помощью можно наладить производство водорода из воды в больших масштабах для водородного горючего, которое сгорает, не выделяя загрязняющих веществ, и может использоваться в топливных элементах.

мгу поверхность кристалла бора полупроводники топологические изоляторы

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий