El grafeno puede provenir del grafito. ¿Pero borofeno? No existe el borite.

A diferencia de su primo de carbono, El borofeno bidimensional no se puede reducir de una forma natural más grande. El boro a granel generalmente solo se encuentra en combinación con otros elementos, y ciertamente no tiene capas, por lo que el borofeno tiene que estar hecho de los átomos hacia arriba. Incluso entonces, el borofeno que obtiene puede no ser lo que necesita.

Por esta razón, investigadores de las universidades de Rice y Northwestern han desarrollado un método para ver cristales de borofeno 2-D, que pueden tener muchas configuraciones de celosía, llamadas polimorfos, que a su vez determinan sus características.

Saber cómo lograr polimorfos específicos podría ayudar a los fabricantes a incorporar borofeno con componentes electrónicos deseables, térmico, propiedades ópticas y otras propiedades físicas en productos.

Boris Yakobson, un físico de materiales en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice, y el científico de materiales Mark Hersam de Northwestern dirigió un equipo que no solo descubrió cómo ver las estructuras a nanoescala de las celosías de borofeno, sino que también construyó modelos teóricos que ayudaron a caracterizar las formas cristalinas.

Sus resultados se publican en Comunicaciones de la naturaleza .

El borofeno sigue siendo difícil de producir incluso en pequeñas cantidades. Siempre y cuando se pueda ampliar, Es probable que los fabricantes quieran ajustarlo para las aplicaciones. Lo que aprendieron los equipos de Rice y Northwestern ayudará en ese sentido.

El grafeno tiene una sola forma:una matriz de hexágonos, como una malla de gallinero, pero el borofeno perfecto es una cuadrícula de triángulos. Sin embargo, borofeno es un polimorfo, un material que puede tener más de una estructura cristalina. Las vacantes que dejan patrones de "hexágonos huecos" en una celosía de borofeno determinan sus propiedades físicas y eléctricas.

Yakobson dijo que teóricamente podría haber más de 1, 000 formas de borofeno, cada uno con características únicas.

"Tiene muchos patrones y redes posibles de átomos conectados en la red, " él dijo.

El proyecto comenzó en el laboratorio Northwestern de Hersam, donde los investigadores modificaron la punta roma de un microscopio de fuerza atómica con una punta afilada de átomos de carbono y oxígeno. Eso les dio la capacidad de escanear un copo de borofeno para detectar electrones que corresponden a enlaces covalentes entre átomos de boro. Utilizaron un microscopio de túnel de barrido modificado de manera similar para encontrar hexágonos huecos donde había desaparecido un átomo de boro.

El escaneo de las escamas cultivadas en sustratos de plata a varias temperaturas a través de la epitaxia de haz molecular les mostró una variedad de estructuras cristalinas, a medida que las condiciones cambiantes de crecimiento alteraron la red.

"La microscopía moderna es muy sofisticada, pero el resultado es, Desafortunadamente, que la imagen que obtiene es, en general, difícil de interpretar, "Dijo Yakobson." Es decir, es difícil decir que una imagen corresponde a una red atómica en particular. Está lejos de ser obvio pero ahí es donde entran la teoría y las simulaciones ".

El equipo de Yakobson utilizó simulaciones del primer principio para determinar por qué el borofeno adoptó estructuras particulares basándose en el cálculo de las energías interactuantes de los átomos de boro y sustrato. Sus modelos coincidían con muchas de las imágenes de borofeno producidas en Northwestern.

"Aprendimos de las simulaciones que el grado de transferencia de carga del sustrato metálico al borofeno es importante, ", dijo." ¿Cuánto de esto está sucediendo? de nada a mucho, puede marcar la diferencia ".

Los investigadores confirmaron a través de su análisis que el borofeno tampoco es una película epitaxial. En otras palabras, la disposición atómica del sustrato no dicta la disposición o el ángulo de rotación del borofeno.

El equipo produjo un diagrama de fases que muestra cómo es probable que se forme borofeno bajo ciertas temperaturas y en una variedad de sustratos. y señaló que sus avances en microscopía serán valiosos para encontrar las estructuras atómicas de los materiales bidimensionales emergentes.

Mirando hacia el futuro, Hersam dijo:"El desarrollo de métodos para caracterizar y controlar la estructura atómica del borofeno es un paso importante hacia la realización de las muchas aplicaciones propuestas de este material, que van desde la electrónica flexible hasta temas emergentes en las ciencias de la información cuántica ".