(a, d) son imágenes STM a gran escala que muestran las islas de borofeno monocapa sobre sustrato de Ag (111). (B, e) son las imágenes STM de alta resolución correspondientes ， (c, f) son los modelos de estructura atómica, correspondiente a celosías triangulares de boro con disposición periódica de vacantes de boro. Crédito:Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China
(Phys.org) —Boron, el elemento vecino al carbono en la tabla periódica, tiene características químicas que lo convierten en un candidato atractivo para aplicaciones bidimensionales, conductivo, sustratos atómicamente homogéneos similares al grafeno. El boro a granel tridimensional no es metálico y se utiliza en la química de semiconductores. Sin embargo, Los estudios teóricos y el trabajo previo en el intento de aislar el boro bidimensional muestran que el boro bidimensional debería tener propiedades metálicas. Hasta la fecha, sólo se ha identificado un alótropo de boro bidimensional.
Investigadores del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China y el Centro de Innovación Colaborativa de Materia Cuántica en China han identificado dos nuevos tipos de láminas de boro que cultivaron en una superficie de Ag (111). Las sábanas son estables, relativamente inerte a la oxidación, y se unen sin apretar al sustrato de plata, haciendo de estas hojas de "borofeno" excelentes candidatas para futuras investigaciones sobre dispositivos electrónicos basados en boro. Este trabajo aparece en Química de la naturaleza .
Usando epitaxia de haz molecular para depositar boro sobre un sustrato de plata, Baojie Feng, Jin Zhang, Qing Zhong, Wenbin Li, Shuai Li, Hui Li, Peng Cheng, Sheng Meng, Lan Chen, y Kehui Wu informan de la formación de dos hojas de boro estructuralmente diferentes. Ambos están compuestos por una celosía triangular de boro, pero los agujeros hexagonales están dispuestos de manera diferente en las dos hojas. Estas hojas siguen predicciones teóricas que B 36 las unidades deben tener una celosía triangular con un agujero hexagonal en el centro.
Las hojas de boro se cultivaron en un monocristal de Ag (111) a alto vacío usando evaporación directa de boro puro. Los estudios de microscopía de túnel de barrido revelaron dos fases diferentes que se observaron a medida que aumentaba la temperatura. La primera etapa, etiquetado S1, se observó a temperaturas superiores a 570 K y corresponde a la β teórica 12 hojas. La segunda fase, etiquetado S2, se observó a temperaturas superiores a 650 K y corresponde al valor teórico χ 3 hojas. A temperaturas más altas, la mayor parte de la fase S1 se convierte en S2. Ambos aparecen como islas monocapa de franjas de boronfeno paralelas con hileras o protuberancias paralelas.
El análisis de carga de electrones confirma la ubicación de los átomos de boro en la superficie de la plata y los estudios de densidad atómica del boro proporcionaron más evidencia de la formación de β 12 y χ 3 hojas. Se encontró que la densidad atómica para la fase S1 era 33,6 +/- 2,0 nm -2 , que está muy cerca de la β teórica 12 valor de 34,48 nm -2 . La densidad del boro no cambió para la fase S2 indicativa de χ 3 estructura, que tiene una densidad atómica prevista de 31,3 nm -2 .
Usando estudios XPS, Feng, et al. encontró que las láminas de boro son relativamente estables, particularmente dentro de las islas borophene. Los bordes de las islas tendían a oxidarse, mientras que el centro se mantuvo relativamente sin cambios. Este siguió siendo el caso incluso después de someter las láminas a altas concentraciones de oxígeno gaseoso.
β 12 y χ 3 las láminas no eran necesariamente las láminas de borofeno de menor energía que los modelos habían predicho. En un esfuerzo por comprender por qué estas estructuras se observaron sobre el estado energético mínimo predicho, Feng, et al. llevó a cabo estudios de formación de energía y descubrió que la interacción con la superficie de plata hace que se forme el β 12 y χ 3 hojas termodinámicamente favorables.
Sin embargo, aunque la superficie plateada es importante para la formación de las láminas, la interacción entre la hoja de boro y la superficie de Ag (111) no es muy fuerte. Varios factores, incluidos los cálculos de la energía de adhesión, la distancia entre la hoja de boro y el sustrato, y la pequeña transferencia de carga entre el sustrato y la hoja de boro, indican que las hojas de boro están unidas predominantemente a la superficie a través de los bordes. Esto significa que las láminas de borofeno podrían separarse de la superficie plateada, similar al grafeno.
Varias publicaciones recientes han despertado un mayor interés en estas láminas de borofeno. El trabajo teórico de investigadores de la Universidad de Rice en Houston e investigadores de la Universidad de Ningbo en China respalda los modelos estructurales propuestos en este artículo de investigación. y sugieren que es probable que estas dos láminas de borofeno sean superconductoras a temperaturas de alrededor de 10K. Estas láminas de este estudio son relativamente estables y están unidas sin apretar a la superficie plateada, propiedades que los convierten en buenos candidatos para un eventual uso práctico de dispositivos electrónicos basados en boro.
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