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- 베릴륨과 질소로 이루어진 단일층

물리학자들이 새로운 2D 재료를 만들었다.
베릴륨과 질소의 단일 층은 특이한 전자적 특성을 보여준다.

일그러진 벌집처럼 :
연구원들이 새로운 2차원 물질 베릴로니트렌(Berillonitren)을 발견했다.
그 안에서 베릴륨과 질소는 특별한 전자적 특성을 가진 오각형과 육각형으로 구성된 단층 결정 격자를 형성한다. 이에 따라 다른 무엇보다도 양자 기술의 응용 분야에 적합할 수 있다. 지금까지 이 새로운 2D 재료를 생산하려면 높은 압력이 필요했다. 

▲ 2차원 물질 베릴로니트렌은 오각형과 육각형의 격자를 형성하고 특이한 특성을 보여준다. (베릴륨 원자 : 회색, 질소 : 파란색) © M. Bykov

그래핀이 시작이었다.
단층 탄소 격자로 만든 재료는 이색적인 특성을 갖고 있다. 유연하고 강철보다 강하며 전기를 전도하며 특정 조건에서 초전도체가 되기도 한다. 2차원 육각 격자는 또한 특수한 전자적 특성을 가진 다른 요소와 조합으로도 만들어졌으며 스핀 유체와 같은 물질의 신비한 상태를 가정할 수도 있다.

압축 해제 중에 2D 그리드가 생성된다.

이제 Carnegie Institution for Science의 맥심Maxim Bykov가 이끄는 팀이 이전에 알려지지 않은 또 다른 2D 재료를 생산하는 데 성공했다. 이를 위해 다이아몬드 다이셀에 있는 베릴륨과 질소의 혼합물을 최대 85기가 파스칼의 매우 높은 압력에 노출 시켰다. 이러한 조건은 여러 질소 원자가 하나의 베릴륨 원자에 ​​연결된 결정 화합물 베릴륨폴리니트라이드를 생성한다.

연구자들이 천천히 압력을 다시 낮추자 새로운 일이 일어났다.
감압 하에서 이전에 알려지지 않은 화합물이 단일 층으로 형성됐다. 그것은 베릴륨 원자로 연결된 지그재그 질소 사슬로 구성된다. BeN4오각형과 Be2N4육각형으로 구성된 일그러진 벌집 구조를 보여주는 2차원 재료 Berylonitrene을 생성한다.

"독특한 전자적 특성“

바이로이트 대학의 공동 저자 나탈리아 두브로빈스카이아(Natalia Dubrovinskaia)는 “처음으로 고압 연구가 긴밀한 국제 협력을 통해 이전에 알려지지 않은 화합물을 생산하는 데 성공했다. 이 화합물은 고유한 전자적 특성을 가진 2D 재료의 전구체 역할을 할 수 있다"고 말했다. 그래핀과 달리 베릴로니트렌의 2차원 결정 구조는 약간 일그러진 전자 격자를 생성한다.

▲ 베릴로니트렌의 전자 그리드(녹색)는 약간 일그러진 벌집처럼 보인다. © M. Bykov

결과적으로 발생하는 전자적 특성 때문에 베릴로니트렌은 언젠가 산업 규모로 생산될 수 있다면 양자 기술의 응용 분야에 이상적으로 적합할 것이다.
예를 들어 고성능 컴퓨터를 구축하거나 새로운 유형의 암호화 기술에 안전한 커뮤니케이션을 목표로 한다.
"우리의 연구를 통해 우리는 그래핀을 능가할 수 있는 기술적으로 매력적인 2D 재료의 개발을 위한 고압 연구에 대한 새로운 관점을 열었다"고 Bayreuth 대학의 Leonid Dubrovinsky는 말했다.

고압 없이도 가능할까?

베릴로니트렌의 생산은 여전히 ​​너무 복잡하다.
"연구 실험실에서만 생성할 수 있는 매우 높은 압력을 필요로 하는 한 산업적 규모의 베릴로 니트렌 생산을 위한 공정은 없을 것"이라고 Dubrovinsky는 설명한다. "새로운 연결이 압축 해제 중에 생성되고 주변 조건에서 존재할 수 있다는 것은 매우 중요하다.“

따라서 물리학자는 베릴로니트렌 또는 유사한 2D 재료를 덜 기술적으로 복잡한 공정으로 재현하고 산업적으로 사용할 수 있다고 전적으로 믿고 있다.
(Physical Review Letters, 2021; doi : 10.1103 / PhysRevLett.126.175501)
출처 : Universität Bayreuth

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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