Marin Petrović, znanstveni suradnik Instituta za fiziku, u suradnji s kolegama sa Sveučilišta Duisburg-Essen, došao je do novih rezultata važnih za razumijevanje sinteze jednoslojnog heksagonalnog borovog nitrida. Rezultati istraživanja tog atomski tankog, izolatorskog materijala objavljeni su u časopisu Scientific Reports, gdje je pokazano na koji način morfologija podloge koja se koristi za sintezu određuje oblik rastućih domena heksagonalnog borovog nitrida.

Equilibrium shape of single-layer hexagonal boron nitride islands on iridium

Marin Petrović, Michael Horn-von Hoegen, Frank Joachim Meyer zu Heringdorf

Scientific Reports 9, 19553 (2019).

https://doi.org/10.1038/s41598-019-56000-1

Sinteza velikih jednosloja heksagonalnog borovog nitrida (hBN-a) visoke kvalitete je nužna za napredak u znanstvenom istraživanju i tehnološkoj eksploataciji toga atomski tankog materijala. U većini slučajeva, hBN se sintetizira pomoću procesa kemijske depozicije para (chemical vapor deposition, CVD). U takvom procesu molekule prekursora se dovode u kontakt s vrućom površinom metala, pri čemu dolazi do njihovog raspadanja na fragmente i samosastavljanja u mrežu hBN-a. CVD rast se neizbježno sastoji od početne nukleacije malih otoka hBN-a, tj. domena, koje se povećavaju i naposljetku spajaju čineći potpuni jednosloj. Kvaliteta sintetiziranog hBN-a uvelike ovisi o strukturi granica domena, koje pak ovise o obliku inicijalnih otoka hBN-a.

U ovom radu, autori sintetiziraju hBN na Ir(111) površini i istražuju otoke u nastajanju pomoću nisko-energetske elektronske mikroskopije (low-energy electron microscopy, LEEM) i mikroskopije atomskih sila (atomic force microscopy, AFM). Nađene su dvije vrste oblika otoka: trokutasti i trapezoidalni. Dok se trokutasti oblik lako može razumjeti kao posljedica energetske preferencije rubova hBN-a koji završavaju atomima bora, podrijetlo trapezoidalnih otoka do sad nije bilo razjašnjeno. Podaci prezentirani u članku jasno pokazuju da rubovi hBN-a tokom sinteze snažno međudjeluju s mono-atomskim stepenicama površine iridija, što dovodi do repozicioniranja tih istih stepenica (vidi Sliku 1).

Nadalje, prikupljanje podataka u realnom vremenu tokom sinteze pomoću LEEM-a je otkrilo da rubovi hBN otoka koji su paralelni s Ir stepenicama napreduju relativno sporo [vidi Sliku 2(a)]. To znači da rubovi hBN-a koji su paralelni sa stepenicama iridija imaju jače vezanje za podlogu, tj. oni imaju nižu energiju u usporedbi s ostalim rubovima hBN-a. Ovisno o lokalnoj orijentaciji stepenica iridija, takvo snižavanje energije može dovesti do toga da inicijalno nepovoljni rubovi hBN-a koji završavaju atomima dušika mogu postati energetski preferirani, kao što je pokazano s odgovarajućom Wulff-ovom konstrukcijom sistema [vidi Sliku 2(b)]. Ovim je objašnjena pojava trapezoidalnih otoka koji, zbog simetrije hBN-a, moraju imati rubove koji završavaju atomima bora ali također i rubove koji završavaju atomima dušika.