🔬 Новости науки. Углерод на борофене или бор на графене: DFT-дорожная карта для синтеза вертикальных ковалентных гетероструктур

Вертикальные ковалентно-связанные гетероструктуры на основе двумерных материалов востребованы в наноэлектронике, однако их контролируемый синтез остается серьезным вызовом. В журнале Surfaces and Interfaces (ИФ = 6.0) опубликована работа сотрудников лаборатории 2D наноматериалов и кафедры ФТТиН, посвященная систематическому DFT-анализу двух конкурирующих стратегий формирования вертикальных бор-углеродных гетероструктур: (i) адсорбции бора на графене и (ii) адсорбции углерода на борофене. Рассматривались как свободные монослои, так и системы на подложках Au(111), Ag(111), Ir(111), Cu(111) и h-BN. Для расчетов энергий адсорбции и миграционных барьеров применялись теория функционала плотности с дисперсионной поправкой Гримме (DFT-D3) и модифицированный метод упругой ленты (CI-NEB).

🎯 Ключевые результаты (DFT-D3 + CI-NEB):
✅ Система «бор-на-графене» демонстрирует крайне низкие миграционные барьеры (0.03-0.06 эВ) в сочетании со склонностью бора к трехмерной кластеризации, что приводит к неконтролируемой агрегации в объемные наноострова. Это существенно осложняет контролируемый синтез.
✅ Система «углерод-на-боорофене» оказывается более перспективной. Она характеризуется высокими энергиями адсорбции (до -7.6 эВ/атом) и выраженной тенденцией к образованию внутриплоскостных углеродных линейных цепочек.
✅ Кинетическая анизотропия диффузии: на подложке Ag(111) барьер миграции углерода вдоль гофров борофена составляет 0.247 эВ, а поперек гофров - 1.214 эВ, что создает идеальные условия для направленного роста одномерных наноцепочек.
✅ Особая роль h-BN: минимальная энергия связывания с борофеном сохраняет его электронную структуру и естественную гофрировку, обеспечивая наивысшую термодинамическую устойчивость адсорбированных углеродных структур (-1.68 эВ/атом) при умеренной, почти изотропной диффузии.

🌟 Общий вывод: Подложки Ag(111) и Au(111) оптимальны для быстрого направленного роста углеродных цепочек вблизи комнатной температуры, тогда как h-BN предпочтительна при необходимости максимальной термической стабильности итоговой гетероструктуры. Подложки Ir(111) и Cu(111) не рекомендуются из-за чрезмерно сильного (Ir) или аномально деформирующего (Cu) взаимодействия. Полученные результаты представляют собой кинетическую и термодинамическую дорожную карту для экспериментального синтеза вертикальных бор-углеродных гетероструктур. Теоретические предсказания согласуются с экспериментальными данными по самоорганизации графеновых нанолент на Ag(111).

⚠️ Отметим, что главный автор работы Алексей Иванович Кочаев 22 сентября 2026 года будет защищать докторскую диссертацию на тему «Многомасштабное моделирование физических характеристик двухслойных ковалентно-связанных бор-углеродных гетероструктур» у нас в НИЯУ МИФИ в диссертационном совете МИФИ.1.03 под председательством заведующего кафедрой ФТТиН д.ф.-м.н. Михаила Михайловича Маслова. Приглашаем всех желающих посетить защиту и поддержать диссертанта! Будет интересно. Желающим попасть на защиту из сторонних организаций для оформления пропуска необходимо обратиться к Ученому секретарю диссовета МИФИ.1.03 д.ф.-м.н. Константину Петровичу Катину по электронной почте ✉️ KPKatin@mephi.ru.

📄 С публикацией можно ознакомиться по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2026.110158

#наука #борофен #графен #DFT #защитаДиссертации