Serendipity afdækker borophenes potentiale

For næsten et år siden, borophen eksisterede ikke engang.

Nu, blot måneder efter at et team fra Northwestern University og Argonne National Laboratory opdagede materialet, et andet hold ledet af Mark Hersam gør allerede fremskridt i retning af at forstå dets komplicerede kemi og realisere dets elektroniske potentiale.

Oprettet i december 2015, borophen er en todimensionel, metalplade af bor, elementet almindeligvis brugt i glasfiber. Selvom borofen lover for mulige anvendelser lige fra elektronik til fotovoltaik, disse applikationer kan ikke opnås, før borophen er integreret med andre materialer. Nu har Hersams team - og en smule serendipity - med succes opnået denne integration.

"Integrerede kredsløb er kernen i alle vores computere, tabletter, og smartphones, " sagde Hersam, Walter P. Murphy professor i materialevidenskab og teknik ved Northwestern University's McCormick School of Engineering. "Integration er nøgleelementet, der har drevet fremskridt inden for elektronisk teknologi."

Støttet af Office for Naval Research and National Science Foundation, forskningen udkom online den 22. februar i tidsskriftet Videnskabens fremskridt . Erik Luijten, professor i materialevidenskab og teknik ved Northwestern University, var medforfatter til avisen. Xiaolong Liu, en studerende i Northwestern's Applied Physics Graduate Program, er avisens første forfatter.

Fordi borophen ikke forekommer i naturen, videnskabsmænd skal dyrke det i laboratoriet ved at syntetisere det på et ark sølv. Hersams team deponerede et organisk materiale (perylen-3, 4, 9, 10-tetracarboxylsyredianhydrid) oven på borophenet, i et forsøg på at integrere de to materialer. Hvad der derefter skete, var en overraskelse. Det organiske materiale, som vides at samle sig selv på stort set ethvert materiale, i stedet diffunderet af borophenet og på sølvarket.

Resultatet blev et selvsamlet monolag af det organiske materiale direkte ved siden af ​​borophenet, danner en næsten perfekt grænseflade. Velkontrollerede grænseflader mellem forskellige materialer muliggør integrerede enheder, herunder dioder og solcelleanlæg. Hersams overraskende teknik omgik den typiske udfordring med at skabe en skarp grænseflade - at få materialer til at røre ved, men ikke blande.

"Dette er en god smule serendipity, fordi vi løste et problem uden yderligere indgriben, " sagde Hersam. "Borophene eksisterede ikke for et år siden. Tolv måneder senere, vi danner allerede i det væsentlige perfekte grænseflader."

Hersams fund sætter ikke kun scenen til at udforske elektroniske applikationer for borofen, det belyser også det nye materiales grundlæggende egenskaber. Den næste udfordring er at flytte borophen fra sølv og over på et inert substrat, der ikke forstyrrer dets elektroniske egenskaber.

"Borophene er unik i sin evne til at danne pludselige grænseflader via selvsamling, " sagde Hersam. "Vi begynder at forstå dens kemi, som vil guide vores bestræbelser på at overføre materialet til passende underlag for yderligere integration."