Ny todimensionel borophenplade

(Phys.org) – Boron, nabogrundstoffet til kulstof i det periodiske system, har kemiske egenskaber, der gør det til en lokkende kandidat til todimensional, ledende, atomisk homogene substrater svarende til grafen. Tredimensionel bulbor er ikke-metallisk og bruges i halvlederkemi. Imidlertid, teoretiske undersøgelser og tidligere arbejde med at forsøge at isolere todimensionelt bor viser, at todimensionelt bor bør have metalliske egenskaber. Til dato, kun en todimensionel borallotrop er blevet identificeret.

Forskere fra Institute of Physics ved det kinesiske videnskabsakademi og Collaborative Innovation Center of Quantum Matter i Kina har identificeret to nye typer borplader, som de dyrkede på en Ag(111) overflade. Arkene er stabile, relativt inert over for oxidation, og binder løst til sølvunderlaget, gør disse "borofen"-ark til fremragende kandidater til yderligere forskning i bor-baserede elektroniske enheder. Dette værk vises i Naturkemi .

Brug af molekylær stråleepitaksi til at afsætte bor på et sølvsubstrat, Baojie Feng, Jin Zhang, Qing Zhong, Wenbin Li, Shuai Li, Hui Li, Peng Cheng, Sheng Meng, Lan Chen, og Kehui Wu rapporterer dannelsen af ​​to strukturelt forskellige borplader. Begge består af et trekantet borgitter, men de sekskantede huller er arrangeret forskelligt i de to ark. Disse ark følger teoretiske forudsigelser om, at B ₃₆ enheder skal have et trekantgitter med et sekskantet hul i midten.

Borpladerne blev dyrket på en enkelt krystal af Ag(111) i højvakuum under anvendelse af direkte fordampning af rent bor. Scanning tunneling mikroskopi undersøgelser afslørede to forskellige faser, der blev observeret som temperaturen steg. Den første fase, mærket S1, blev observeret ved temperaturer over 570K og svarer til teoretisk β ₁₂ ark. Den anden fase, mærket S2, blev observeret ved temperaturer over 650K og svarer til teoretisk χ ₃ ark. Ved højere temperaturer, det meste af S1 -fasen konverteres til S2. Begge fremstår som monolagsøer af parallelle boronphene-striber med parallelle rækker eller fremspring.

Elektronladningsanalyse bekræfter placeringen af ​​boratomer på sølvoverfladen, og studier af boratomtæthed gav yderligere bevis for dannelsen af ​​β ₁₂ og χ ₃ ark. Atomtætheden for S1-fasen viste sig at være 33,6 +/- 2,0 nm ^-2 , hvilket er meget tæt på teoretisk β ₁₂ værdi på 34,48nm ^-2 . Bortætheden ændrede sig ikke for S2-fasen, der indikerer χ ₃ struktur, som har en forudsagt atomtæthed på 31,3 nm ^-2 .

Ved hjælp af XPS -undersøgelser, Feng, et al. fandt, at borpladerne er relativt stabile, især inden for borophenøerne. Øernes kanter havde en tendens til at oxidere, mens centrum forblev relativt uændret. Dette forblev tilfældet, selv efter at pladerne blev udsat for høje koncentrationer af oxygengas.

β ₁₂ og χ ₃ plader var ikke nødvendigvis de laveste energiborophenplader, som modellerne havde forudsagt. I et forsøg på at forstå, hvorfor disse strukturer blev observeret over den forudsagte energetisk minimumstilstand, Feng, et al. gennemførte energidannelsesundersøgelser og fandt ud af, at interaktion med sølvoverfladen gør dannelsen af ​​β ₁₂ og χ ₃ plader termodynamisk gunstige.

Imidlertid, selvom sølvoverfladen er vigtig for dannelsen af ​​pladerne, interaktionen mellem borpladen og Ag(111) overfladen er ikke særlig stærk. Flere faktorer, inklusive adhæsionsenergiberegninger, afstanden mellem borpladen og underlaget, og den lille ladningsoverførsel mellem substratet og borpladen, angiver, at borpladerne overvejende er bundet til overfladen via kanterne. Det betyder, at borofenpladerne kunne adskilles fra sølvoverfladen, ligner grafen.

Adskillige nylige publikationer har afvist større interesse for disse borophenplader. Teoretisk arbejde af forskere fra Rice University i Houston og forskere fra Ningbo University i Kina understøtter de strukturelle modeller, der foreslås i dette forskningsartikel, og antyder, at disse to borophenplader sandsynligvis er superledende ved temperaturer omkring 10K. Disse ark i denne undersøgelse er relativt stabile og løst bundet til sølvoverfladen, egenskaber, der gør dem til gode kandidater til eventuel praktisk brug til bor-baserede elektroniske enheder.

© 2016 Phys.org