Wzrost kryształów hBN pod wysokim ciśnieniem N2
| Informacje ogólne - Ważne wydarzenia |
Dobrze znany, grafitopodobny heksagonalny azotek boru (hBN) przeżywa obecnie swój wielki renesans jako materiał niezbędny w elektronice 2D, niezwykle wydajny emiter UV, czy doskonały detektor neutronów. Do pełnego zbadania i wykorzystania potencjału hBN niezbędny jest materiał najwyższej klasy, najlepiej w postaci monokryształu o rozmiarach odpowiednich do badań i zastosowań.
W naszym Instytucie pracujemy nad krystalizacją hBN pod wysokim ciśnieniem. W ostatnim czasie ukazała się ciekawa publikacja Crystal Growth of hBN from Ni and Ni–Cr Solutions at High N2 pressure, B. Sadovyi, P. Sadovyi, A. Nikolenko, V. Strelchuk, B. Turko, Y. Eliyashevskyy, I. Yahniuk, M. Marocko, J. Eroms, I. Petrusha, S. Krukowski, S. Porowski, and I. Grzegory, ACS Applied Materials & Interfaces 17, 63610 (2025), gdzie opisujemy procesy i wyniki wzrostu kryształów hBN z roztworów B i N w ciekłym niklu i mieszaninie Ni-Cr, pod ciśnieniem azotu 1000-1500bar.
Przezroczyste, bezbarwne kryształy hBN wykazały znakomitą jakość strukturalną oraz jednorodność potwierdzone mapowaniem widma Ramana. Szerokość piku ramanowskiego E2g odpowiadającego drganiom atomów w płaszczyźnie warstwy hBN, nie przekraczała 8cm-1, co jest dowodem bardzo wysokiej jakości krystalicznej otrzymanego hBN. Analiza widm absorpcji optycznej potwierdziła, że hBN jest kryształem o skośnej przerwie energetycznej. Zwiększona o czynnik 30-40, w wyniku kompresji, rozpuszczalność azotu w metalu pozwoliła uzyskać kryształy istotnie grubsze (do 30 μm) niż w ciśnieniu atmosferycznym.
Wyniki procesów krystalizacji hBN sa przedyskutowane w kontekście własności termodynamicznych wszystkich azotków III-N, a także w kontekście wpływu metalu – rozpuszczalnika na warunki stabilności termicznej hBN względem jego składników.
W celu dalszej weryfikacji jakości otrzymanych monokryształów, koledzy z Uniwersytetu w Regensburgu wykonali eksfoliację cienkich płatków hBN i zastosowali te płatki do konstrukcji przyrządów grafenowych. W warstwach grafenu otoczonych warstwami hBN otrzymano spektakularnie wysoką ruchliwość nośników zarówno elektronów, jak i dziur, przewyższającą 21.2 m2·V–1·s–1 w 230 K.
Praca podsumowuje wyniki części badań projektu “Long-term program of support of the Ukrainian research teams at the Polish Academy of Sciences carried out in collaboration with the U.S. National Academy of Sciences with the financial support of external partners” Grant No. PAN.BFB.S.BWZ.369.022.2023, pod tytułem “Influence of high N2 gas pressure on crystallization mechanisms and physical properties of h-BN”.
