Международная группа исследователей с использованием синхротронных технологий раскрыла механизмы влияния литирования на структуру и электронные свойства борена

Исследовательская группа из Института физики в Загребе (Хорватия), синхротрона Elettra в Триесте (Италия), Университета Симанэ и Токийского университета науки недавно провела исследование взаимодействия между атомами лития и бореном, раскрыв механизмы влияния процесса литирования на атомную структуру и электронные свойства борена. Результаты опубликованы в журнале ACS Nano и выбраны в качестве обложки журнала.

(a) Сдвиг основного уровня B 1s в сторону более высокой энергии связи; (b) снижение работы выхода образца вследствие переноса заряда от атомов Li к атомам B; (c) атомы лития (жёлтые), осаждённые на борен (пурпурный), вызывают деформацию решётки борена, что обусловлено значительным перераспределением заряда в системе, как показано на рисунке (d). Адаптировано из ACS Nano 20, 20198 (2026).

Борен — это двумерный плоский материал, состоящий из атомов бора. Благодаря своей уникальной атомной структуре, металлическим свойствам и структурной настраиваемости борен рассматривается как перспективный материал для применения в наноэлектронных устройствах следующего поколения, сенсорах и системах хранения энергии. Однако вопрос о том, как точно регулировать его свойства посредством химического взаимодействия между внешними элементами и бореном, остаётся фундаментальной проблемой в этой области. Литий, как типичный щелочной металл и ключевой элемент современных технологий хранения энергии, вызывает особый интерес в контексте его взаимодействия с бореном.

В данном исследовании группа изучала поведение адсорбции лития на поверхности борена, используя в качестве объекта исследования эпитаксиальный борен, выращенный на иридиевой подложке. Исследователи сочетали высокоразрешающую микроскопию и спектроскопию на наноспектроскопической линии синхротрона Elettra с методами теоретического моделирования для анализа изменений на атомном масштабе в процессе осаждения лития. Среди использованных методов — спектроскопическая фотоэмиссия и низкоэнергетическая электронная микроскопия, которые обеспечили ключевую поддержку для одновременного получения изображений в реальном пространстве, дифракционных изображений и спектральной информации.

Экспериментальные результаты показали, что атомы лития, осаждённые на борен, в основном остаются на поверхности борена и не внедряются под материал. В то же время между литием и слоем бора происходит сильное взаимодействие: атомы лития передают значительный электронный заряд плёнке борена. Этот процесс не только существенно изменяет электронную структуру борена, вызывая сдвиг основного уровня B 1s в сторону более высокой энергии связи и снижая работу выхода образца, но также приводит к измеримой деформации решётки борена.

Исследование также показало, что после термической обработки часть атомов лития покидает поверхность, а оставшиеся атомы лития участвуют в формировании новой поверхностной фазы бор—литий—иридий. Это явление указывает на то, что литирование может не только изменять электронные свойства борена, но и открывать новые пути для химической модификации борена.

Исследовательская группа считает, что эта работа предоставляет новые фундаментальные данные для понимания химических и физических свойств двумерных борных материалов, а также служит справочным материалом для будущего проектирования систем на основе борена. Полученные результаты способствуют дальнейшему изучению возможностей регулирования электронных свойств новых двумерных материалов посредством взаимодействий на атомном масштабе и могут быть использованы в исследованиях в области наноэлектроники, катализа и энергетических технологий.