Proyecciones de supercélula 2 × 2 × 1 de estructura Pmmn-boro a lo largo de las direcciones [001] y [100].
(Phys.org) —La Iniciativa Nacional de Nanotecnología define la nanotecnología como la comprensión y el control de la materia a nanoescala, en dimensiones de aproximadamente 1 y 100 nanómetros, donde los fenómenos únicos permiten aplicaciones novedosas. La nanotecnología está arrasando en el mundo, revolucionando los materiales y dispositivos utilizados en muchas aplicaciones y productos. Es por eso que un hallazgo anunciado por Xiang-Feng Zhou y Artem R. Oganov, Grupo de Cristalografía Teórica en el Departamento de Geociencias, son tan importantes.
El papel, "Alótropo de boro bidimensional semimetálico con fermiones de Dirac sin masa, "fue publicado el 27 de febrero en Cartas de revisión física . El autor principal es el postdoctorado de Oganov en Stony Brook, Xiang-Feng Zhou, quien también es profesor asociado en la Universidad de Nankai en Tianjin, Porcelana.
"El boro es en muchos sentidos un análogo del carbono, ", Dice Xiang-Feng." Sus nanoestructuras, nanopartículas, nanotubos, y estructuras bidimensionales, han atraído mucho interés con la esperanza de replicar, o incluso superando, las propiedades únicas y la diversidad de las nanoestructuras de carbono. Descubrimos la estructura de los cristales de boro bidimensionales, que es relevante para las aplicaciones electrónicas y para comprender las nanoestructuras de boro. Nuestros hallazgos anulan las suposiciones y predicciones de numerosos estudios previos ".
Trabajos anteriores habían concluido que el boro bidimensional adoptará la geometría de láminas alfa planas (estructuras compuestas por patrones de átomos triangulares y hexagonales) o sus análogos. Estos hallazgos se utilizaron para construir nanotubos y nanopartículas de boro con propiedades únicas. tales como alta resistencia mecánica y conductividad electrónica sintonizable.
La proyección (vista superior) de Pmmn-boro a lo largo de la dirección [001].
"Descubrimos que la hoja alfa es enormemente inestable; esto arroja dudas sobre los modelos anteriores de nanoestructuras de boro, "Dice Oganov." En particular, descubrimos que las estructuras planas de monocapa de boro son extremadamente inestables, y las estructuras reales tienen un espesor finito. Este resultado probablemente conducirá a una revisión de los modelos estructurales de nanopartículas y nanotubos de boro. En particular, es posible que hueco, las estructuras de tipo fullereno serán inestables para el boro ".
Oganov dice que la estructura bidimensional de boro recién descubierta posee propiedades superiores a las del grafeno. "Dentro de la estructura de boro 2D, los electrones viajan a velocidades comparables a la velocidad de la luz, y se comportan como si no tuvieran masa; en algunas direcciones, los electrones viajan más rápido que en el grafeno. Esto puede ser muy ventajoso para futuros dispositivos electrónicos ".
Si bien la velocidad no depende de la dirección en el grafeno, la nueva estructura de boro exhibe dependencia direccional. En la dirección más lenta las elecciones viajan un 38% más lento en boro que en grafeno. Pero en la dirección perpendicular, las elecciones viajan un 34% más rápido en boro. Esta es la propiedad que podría ser de valor para las aplicaciones electrónicas.
La proyección (vista superior) de una supercélula de 2 × 2 × 1 de Pmmn-boro a lo largo de la dirección [001].
Los hallazgos fueron posibles gracias al código de predicción de estructuras USPEX (Universal Structure Predictor:Evolutionary Xrystallography) que fue desarrollado por Oganov y su laboratorio. USPEX se casa con un poderoso algoritmo de optimización global con mecánica cuántica y es utilizado por más de 1600 científicos en todo el mundo.
A continuación, los investigadores planean explorar la estructura de las nanopartículas de boro; creen que las conclusiones anteriores en el campo deberán reevaluarse. Como toda investigación científica sólida, Xiang-Feng dice:"Este trabajo plantea más preguntas que respuestas. ¿Cómo preparamos experimentalmente las estructuras bidimensionales del boro? dada la alta reactividad química del elemento? Si bien los modelos estructurales anteriores eran incorrectos, ¿Cómo afecta esto a las estructuras de las nanopartículas y nanotubos de boro? y sus propiedades electrónicas? Esta investigación prepara el escenario para una nueva ola de investigaciones sobre la física y la química de los materiales a base de boro y confirma el poder del método USPEX ".
