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  • Los átomos de boro se estiran, ganar nuevos poderes

    Las imágenes fijas de una simulación de las propiedades del boro unidimensional muestran el material que comienza cuando una cinta se transforma en una cadena de un solo átomo, hasta que llegue al punto de ruptura. Los científicos de la Universidad de Rice descubrieron que el material aún teórico tendría propiedades eléctricas y mecánicas únicas. Crédito:Grupo Yakobson / Universidad Rice

    Esperar, allí, grafeno. Podría pensar que es el nuevo nanomaterial más interesante del siglo, pero es posible que el boro ya te haya golpeado, según científicos de la Universidad de Rice.

    Un equipo de Rice que simuló formas unidimensionales de boro, tanto cintas de dos átomos de ancho como cadenas de un solo átomo, descubrió que poseen propiedades únicas. Los nuevos hallazgos aparecen esta semana en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

    Por ejemplo, si se estiran cintas metálicas de boro, se transforman en cadenas semiconductoras antiferromagnéticas, y cuando se sueltan, se vuelven a doblar en cintas.

    Los materiales de boro 1-D también tienen una rigidez mecánica a la par con los nanomateriales conocidos de mayor rendimiento.

    Y pueden actuar como nanoescala, resortes de fuerza constante.

    Los laboratorios experimentales están progresando en la síntesis de boro de tipo fullereno y delgados en átomos, lo que llevó al investigador de Rice, Boris Yakobson, a pensar que el boro 1-D eventualmente también podría volverse real.

    El laboratorio de Yakobson crea simulaciones por computadora a nivel de átomo de materiales que no existen necesariamente, todavía. Simular y probar sus propiedades energéticas ayuda a guiar a los experimentadores que trabajan para crear materiales del mundo real. Cadenas de átomos de carbono conocidas como carbeno, fullerenos de boro y películas bidimensionales llamadas borofeno, todo predicho por el grupo Rice, desde entonces han sido creados por laboratorios.

    Una cinta en forma de truss de átomos de boro se transforma a medida que se estira en una cadena similar al carbino, también pasando de un semiconductor a un conductor metálico, según los científicos de la Universidad de Rice. En esta simulación, la cadena unidimensional se estira hasta el punto de ruptura. Crédito:Grupo Yakobson / Universidad Rice

    "Nuestro trabajo con el carbino y con el boro plano nos hizo pensar que una cadena unidimensional de átomos de boro también es una estructura posible e intrigante, ", Dijo Yakobson." Queríamos saber si es estable y cuáles serían las propiedades. Ahí es donde los métodos teórico-computacionales modernos son impresionantes, porque se pueden hacer evaluaciones bastante realistas de estructuras inexistentes.

    "Incluso si nunca existen, siguen siendo importantes, ya que estamos investigando los límites de las posibilidades, una especie de frontera final, " él dijo.

    El boro unidimensional forma dos fases bien definidas, cadenas y cintas, que están unidas por una "transición de fase reversible, "lo que significa que pueden pasar de una forma a otra y viceversa.

    Para demostrar esta interesante quimiomecánica, los investigadores utilizaron una computadora para "tirar" de los extremos de una cinta de boro simulada con 64 átomos. Esto obligó a los átomos a reorganizarse en una sola cadena similar al carbino. En su simulación, los investigadores dejaron un fragmento de la cinta para que sirviera de semilla, y cuando soltaron la tensión, los átomos de la cadena volvieron pulcramente a la forma de cinta.

    En esta simulación, la cadena unidimensional vuelve a convertirse en una cinta a medida que se libera la tensión. Crédito:Grupo Yakobson / Universidad Rice

    "El boro es muy diferente del carbono, "Yakobson dijo." Prefiere formar una doble fila de átomos, como una armadura usada en la construcción de puentes. Este parece ser el más estable, estado de menor energía.

    "Si lo jalas, comienza a desarrollarse; los átomos ceden a este hilo monoatómico. Y si sueltas la fuerza se dobla hacia atrás, ", dijo." Eso es bastante divertido, estructuralmente y al mismo tiempo cambia las propiedades electrónicas.

    "Eso la convierte en una combinación interesante:cuando la estiras hasta la mitad, puede tener una porción de cinta y una porción de cadena. Debido a que uno de ellos es de metal y el otro es un semiconductor, esto se vuelve unidimensional, unión Schottky ajustable. "Una unión Schottky es una barrera para los electrones en una unión metal-semiconductor y se usa comúnmente en diodos que permiten que la corriente fluya en una sola dirección.

    Como una cinta el boro es "un verdadero metal 1-D resistente a la distorsión de su red cristalina (una propiedad conocida como distorsión de Peierls), "escribieron los investigadores. Esa construcción en forma de truss le da al material una rigidez extraordinaria, a measure of its ability to resist deformation from an applied force.

    A simulation of one-dimensional boron under stress shows the theoretical material changing phase from a ribbon to a chain of atoms when pulled. The chain returns to ribbon form when the stress is relieved. Crédito:Grupo Yakobson / Universidad Rice

    As a chain of atoms, the material is also a strain-tunable, wide-gap antiferromagnetic semiconductor. In an antiferromagnet, the atomic moments—the direction of the atoms' "up" or "down" spin states—align in opposite directions. This coupling of magnetic state and electronic transport may be of great interest to researchers studying spintronics, in which spin states may be manipulated to create high-performance electronic devices. "It may be very useful because instead of charge transport, you can have spin transport. That's considered an important direction for devices that make use of spintronics, " él dijo.

    One-dimensional boron's springiness is also interesting, Dijo Yakobson. "It's also a special spring, a constant-force spring, " he said. "The more you stretch a mechanical spring, the more the force goes up. But in the case of 1-D boron, the same force is required until the spring becomes fully stretched. If you keep pulling, it will break. But if you release the force, it completely folds back into a ribbon. It's a mechanically nice structure." That property could be useful in nanoscale sensors to gauge very small forces, él dijo.

    One-dimensional boron, investigated by theoretical physicists at Rice University, could be a unique material that incorporates both a semiconductor (the ribbon portion) and a metallic conductor (the single-atom chain). Because it can transform from one form to the other under stress, the material could form an adjustable Schottky junction. Crédito:Grupo Yakobson / Universidad Rice




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