Guld opsuger bor, spytter borophen ud

I varmen fra en ovn, boratomer dykker glad ned i et guldbad. Og når tingene bliver cool, de dukker op igen som eftertragtet borofen.

Opdagelsen af ​​forskere fra Rice University, Argonne National Laboratory og Northwestern University er et skridt mod praktiske applikationer som bærbar eller gennemsigtig elektronik, plasmoniske sensorer eller energilagring til det todimensionelle materiale med fremragende ledningsevne.

Hold ledet af Boris Yakobson hos Rice, Nathan Guisinger på Argonne og Mark Hersam på Northwestern dannede begge teorien for og demonstrerede derefter deres nye metode til at dyrke borophen – den atomtykke form af bor – på en guldoverflade.

De fandt ud af, at med tilstrækkelig varme i et højt vakuum, boratomer strømmet ind i ovnen synker ned i selve guldet. Ved afkøling, bor-atomerne dukker op igen og danner øer af borophen på overfladen.

Dette adskiller sig fra de fleste andre 2-D materialer fremstillet ved at føre gasser ind i en ovn. I standard kemisk dampaflejring, atomerne sætter sig på et substrat og forbinder sig med hinanden. De forsvinder typisk ikke ind i underlaget.

Opdagelsen blev beskrevet i et papir i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano .

Forskerne sagde, at de metalliske borophenøer er omkring 1 nanometer i kvadrat, gennemsnitlig, og vise tegn på elektronindeslutning, hvilket kunne gøre dem praktiske til kvanteapplikationer.

Yakobson sagde, at forsøg på forskellige substrater kunne give nye faser af borophen med nye egenskaber. "Guld, med en mindre ladningsoverførsel og svagere binding, kan give et lag, der er nemmere at løfte af og tage i brug, selvom dette endnu ikke er opnået, " han sagde.

Yakobson har en track record med borophen, som ikke kan eksfolieres fra bulkmaterialer som grafen dåse fra grafit. En materialeteoretiker, han forudsagde i 2013, at den overhovedet kunne laves. Et par år senere, det var.

Han og hans kolleger på det nye blad, Hersam og Guisinger, havde allerede vist, at borophen dyrket på en særlig måde på sølv bliver bølget, hvilket giver det interessante muligheder for bærbar elektronik.

"Indtil nu, substraterne med demonstreret succes for borofensyntese følger nøje teoretiske forudsigelser, " sagde Yakobson. Argonne har med succes dyrket det på sølv og kobber såvel som guld, mens det kinesiske videnskabsakademi har dyrket borofen på aluminium.

Nu, med deres arbejde på guld, de har kombineret teori og eksperimenter for at demonstrere en helt ny vækstmekanisme for todimensionelle materialer.

"Udfordringen er stadig at dyrke det på et isolerende underlag, "sagde han." Det vil tillade mange spændende eksperimentelle test, fra grundlæggende transport til plasmoner til superledning."

Forskerne fandt ud af, at det tog en størrelsesorden mere bor for at dyrke borophen på guld, end det gjorde for sølv. Det var deres første indikation på, at bor var ved at synke ned i guldet, som begyndte at ske ved omkring 550 grader Celsius (1, 022 grader Fahrenheit).

Yakobson bemærkede, at et lavt antal atomer forbliver indlejret i guldet uden at danne en legering, men videnskabsmænd har set tegn på det fænomen før. "I grafenvækst på almindelig kobber, kulstofatomer opløses og diffunderer også delvist gennem folien, uden at der dannes en specifik legering, " han sagde.