Svage bindinger er en styrke ved fremstilling af borophen

Borophen kan være færdig med at friste materialeforskere og begynde at tjene deres ambitioner, hvis en ny tilgang fra Rice University-forskere kan omsættes til praksis.

Materialeteoretiker Boris Yakobson fra Rice's George R. Brown School of Engineering og hans gruppe foreslår en metode til at syntetisere borophen, 2D-versionen af ​​bor, på en måde, der kunne gøre det lettere at frigøre eller manipulere.

Ifølge gruppens papir i American Chemical Society-tidsskriftet ACS Nano , der ville involvere dyrkning af det eksotiske materiale på hexagonal bornitrid (hBN), en isolator, snarere end de mere traditionelle metalliske overflader, der typisk anvendes i molekylær stråleepitaxi (MBE).

De svagere van der Waals-kræfter mellem det voksende borophen og relativt kemisk inaktive hBN ville gøre det lettere at fjerne materialet fra substratet til brug i applikationer. Det ville også give mulighed for en enklere direkte evaluering af borophen (uden at løfte det fra substratet) for dets plasmoniske og fotoniske - det vil sige lyshåndtering - egenskaber, fordi der ikke ville være noget metallisk substrat til at forstyrre. Det ville også hjælpe med at eksperimentere med dets elektroniske egenskaber, hvilket kunne være af interesse for dem, der studerer superledning.

Yakobson-teamet, inklusive hovedforfatter og kandidatstuderende Qiyuan Ruan og medforfattere Luqing Wang, en Rice-alumne, og forsker Ksenia Bets, beregnede borophen og hBNs atomniveauenergier. De fandt, at trin-og-plateau-hBN-substratet tilskyndede boratomer, der svævede i MBE-kammeret, til at tænde, kernedannende vækst.

Fordi hBN, ligesom grafen, har et hønsetrådslignende sekskantet gitter, tillod dets atomarrangement også kant-epitaksial vækst af den nye krystal, der dannes på dens overflade. I epitaksi dikteres væksten af ​​det nye materiale til en vis grad af gitteret nedenfor. I dette tilfælde sker den vækst i stedet på plateauets hævede side.

Især viste de præcise ab initio-beregninger, at boratomer har en "høj affinitet" til hBN-trinene og deres zigzag-kanter, idet de omgår barrieren for kernedannelse, der præsenteres af andre steder på substratet. Det gør det muligt for væksten af ​​krystallen at begynde på et solidt grundlag.

"Trin på en overflade er endimensionelle enheder, og bors affinitet til trin muliggør 1D-kernedannelse, som er kendt for ikke at have nogen termodynamisk barriere," sagde Bets. "Dette er en isbryder, da kernedannelse sker næsten uden barriere og derefter strækker sig ind i den ønskede 2D borophen."

Ruan bemærkede, at efter at have undersøgt ideen fra et fysisk-kemi synspunkt, begyndte den svære del. "Den mest besværlige del var at præsentere alle de kvantitative værdier og argumenter med den højeste præcision," sagde han. "For vores store strukturer involverer det at bruge ret dyre og tidskrævende beregningsmetoder."

Vækstmekanismen antydede, at forskerne også kiggede på populær grafen som et substrat. Deres beregninger viste, at grafens iboende gitterenergi ville fange boratomer eller dimerer på overfladen og forhindre dem i at danne borophen i kerner.

Yakobson har en solid historie med at forudsige, hvad boratomer kunne gøre, og derefter se laboratorier tage udfordringen op. Han håber på intet mindre med den seneste teori.

"Processen ser meget logisk ud og på denne måde virker overbevisende, og vi håber, at eksperimentelister verden over vil prøve det, som det faktisk skete med vores tidligere forslag om syntese på metaller," sagde han. "Vi er optimistiske, men krydser fingre. Serendipity i laboratoriet indebærer normalt et lykkeligt resultat, men også en overraskelse, muligvis en hindring, som ikke forventes eller ønskes."

Yakobson er Karl F. Hasselmann professor i materialevidenskab og nanoteknik og professor i kemi ved Rice. + Udforsk yderligere

Borophen på sølv vokser frit til en atomart 'hud'