Конфигурации кубического диамана (а) и гексагонального диамана (б). Кредит: Ню Каопин

Диаман представляет собой двумерный (2D) однослойный алмаз, полученный путем сжатия двухслойного графена с образованием межслойных sp3-связей. Ожидается, что с характеристиками графена и алмаза он станет новым двумерным углеродным материалом наряду с графеном. Однако диаман, синтезированный методом высокого давления, после сброса давления снова превращается в графен, и его нельзя поддерживать в условиях окружающей среды.

Ученые исследовали структурные и электронные свойства различных легированных форм атомов B и N в кубическом и гексагональном диамане на основе методов первых принципов.

Они обнаружили, что конфигурация легирования снижает энергию образования диамана, способствует синтезу диамана и повышает стабильность диамана в условиях окружающей среды.

Они предложили самый простой механизм экспериментального синтеза диамана - это сжатие двухслойного графена, один слой которого легирован атомом B, а другой - атомом N.

Ширина запрещенной зоны различных конфигураций легирования. Полосы с простым цветом представляют собой прямую запрещенную зону, а полосы с наклонными линиями на поверхности представляют собой непрямую запрещенную зону. Пунктирные красные и синие линии показывают ширину запрещенной зоны исходного кубического и гексагонального диамана соответственно. Кредит: Ню Каопин

Диаман, легированный атомами N, было легко получить экспериментально, поскольку энергия образования диамана не была чувствительна к распределению легирующей примеси N. Кроме того, в зависимости от концентрации и распределения атомов B и N легированный диаман имел переменную электронную структуру (полупроводник, металл, сверхпроводимость ~ 4 К), что могло быть применено в области двумерных электронных устройств.

В данной работе предлагается новая схема синтеза более стабильного и функционального диамана.