Las imágenes de microscopio electrónico de barrido revelan una hoja de borofeno que contiene dominios con diferentes conjuntos periódicos de relaciones conocidas de hexágono a triángulo de 1 a 5 y de 1 a 6 filas, junto con dos fases previamente no observadas de 7 a 36 y 4 a 21. Los científicos de las universidades de Rice y Northwestern realizaron el primer análisis detallado de las estructuras de defectos ordenadas en el borofeno. Crédito:Hersam Research Group / Northwestern University
Borofeno, la forma atómicamente plana del boro con propiedades únicas, es aún más interesante cuando diferentes formas del material se mezclan y se mezclan, según científicos de las universidades Rice y Northwestern.
Los científicos de las instituciones elaboraron y analizaron el borofeno con diferentes arreglos de celosía y descubrieron qué tan fáciles de combinar son las diversas estructuras en nuevas formas cristalinas. Estas, ellos indicaron, tienen propiedades que los fabricantes de productos electrónicos deseen explorar.
La investigación dirigida por el teórico de materiales de Rice Boris Yakobson y el científico de materiales de Northwestern Mark Hersam aparece en Materiales de la naturaleza .
El borofeno se diferencia del grafeno y otros materiales bidimensionales de una manera importante:no aparece en la naturaleza. Cuando se descubrió el grafeno, fue famoso arrancado de un trozo de grafito con cinta adhesiva. Pero el boro a granel semiconductor no tiene capas, así que todo el borofeno es sintético.
También a diferencia del grafeno, en el que los átomos se conectan para formar hexágonos en forma de alambre de pollo, formas de borofeno como triángulos enlazados. Periódicamente los átomos desaparecen de la cuadrícula y dejan vacantes hexagonales. Los laboratorios investigaron formas de borofeno con concentraciones de "hexágono hueco" de uno por cada cinco triángulos y uno por cada seis en la red.
Imágenes de microscopio electrónico de túnel de barrido de defectos de línea en borofeno 1 a 6 y 1 a 5, indicado por puntas de flecha azul y roja, respectivamente, mostrar cómo los defectos se alinean de una manera que preserva la naturaleza metálica del material sintético. Los científicos de las universidades de Rice y Northwestern realizaron el primer análisis detallado de las estructuras de defectos ordenadas en el borofeno. Crédito:Hersam Research Group / Northwestern University
Estas son las fases más comunes que observó el laboratorio de Northwestern cuando creó borofeno en un sustrato de plata a través de la deposición atómica de boro en un vacío ultra alto. según los investigadores, pero las matrices de borofeno "perfectas" no fueron el objetivo del estudio.
El laboratorio encontró que a temperaturas entre 440 y 470 grados Celsius (824-878 grados Fahrenheit), las fases 1 a 5 y 1 a 6 crecieron simultáneamente sobre el sustrato de plata, que actúa como una plantilla que guía la deposición de átomos en fases alineadas. El interés de los laboratorios aumentó por lo que sucedió donde estos dominios se encontraron. A diferencia de lo que habían observado en el grafeno, los átomos se acomodaron fácilmente entre sí en los límites y adoptaron las estructuras de sus vecinos.
Estos ajustes de los límites dieron lugar a formas más exóticas, pero aún metálicas, de borofeno, con proporciones tales como 4 a 21 y 7 a 36 que aparecen entre las fases paralelas.
"En grafeno, estos límites serían estructuras desordenadas, pero en borophene la línea falla, en efecto, son una estructura perfecta el uno para el otro, "dijo el estudiante graduado de Rice, Luqing Wang, quien dirigió un análisis teórico de las energías a nivel de átomo para explicar las observaciones. "El entremezclado entre las fases es muy diferente de lo que vemos en otros materiales 2-D".
"Si bien esperábamos cierta mezcla entre las fases 1 a 5 y 1 a 6, la alineación perfecta y el orden en estructuras periódicas fue sorprendente, ", Dijo Hersam." En el límite bidimensional, el boro ha demostrado ser un sistema de materiales excepcionalmente rico e interesante ".
Una imagen de microscopio electrónico de barrido (arriba) muestra dos conjuntos periódicos de borofeno, un sintético, matriz bidimensional de átomos de boro, que se unen en un defecto de línea. Los modelos computacionales en las imágenes media e inferior corresponden a las regiones, con borofeno 1 a 6 en rojo y 1 a 5 en azul. Investigadores de las universidades de Rice y Northwestern determinaron que las fases del borofeno se alinean de tal manera que el material es conductor, se mantiene la naturaleza metálica. Crédito:Luqing Wang / Universidad Rice
Los cálculos de la teoría funcional de la densidad de Wang revelaron la naturaleza metálica de los defectos de la línea; esto implicaba que, a diferencia de los defectos de aislamiento en el grafeno metálico, tienen un impacto mínimo en las propiedades electrónicas del material a temperatura ambiente. A baja temperatura, el material muestra evidencia de una onda de densidad de carga, un flujo de electrones muy ordenado.
Los cálculos teóricos también sugirieron diferencias sutiles en la rigidez, conductividad térmica y propiedades electroquímicas entre las fases de borofeno, lo que también sugirió que el material se puede ajustar para aplicaciones.
"Los polimorfismos únicos del borofeno se muestran en su totalidad en este estudio, ", Dijo Yakobson." Esto sugiere una intrigante interacción en la estructura electrónica del material a través de ondas de densidad de carga, lo que puede llevar a una electrónica conmutable tentadora ".
"Como material atómicamente delgado, El borofeno tiene propiedades que deberían ser función del sustrato, materiales vecinos y química de la superficie, ", Dijo Hersam." Esperamos obtener un mayor control sobre sus propiedades a través de la funcionalización química y / o la integración con otros materiales en heteroestructuras ".
Yakobson y Hersam también fueron coautores de un reciente Nanotecnología de la naturaleza perspectiva sobre "el metal 2-D más ligero". En esa pieza los autores sugirieron que el borofeno puede ser ideal para interconexiones electrónicas flexibles y transparentes, electrodos y pantallas. También podría ser adecuado para superconductores de dispositivos de interferencia cuántica y, cuando se apilan, para aplicaciones de almacenamiento de hidrógeno y baterías.
