Por primera vez, Los ingenieros de la Universidad Northwestern han creado una doble capa de borofeno atómicamente plano, una hazaña que desafía la tendencia natural del boro a formar cúmulos no planos más allá del límite de una sola capa atómica.

Aunque conocido por sus prometedoras propiedades electrónicas, El borofeno, una capa de boro de un solo átomo de espesor, es un desafío de sintetizar. A diferencia de su grafeno de material bidimensional analógico, que se puede quitar del grafito en capas innatas usando algo tan simple como cinta adhesiva, El borofeno no puede simplemente desprenderse del boro a granel. En lugar de, El borofeno debe cultivarse directamente sobre un sustrato.

Y si fue difícil cultivar una capa, el crecimiento de múltiples capas de borofeno atómicamente plano parecía imposible. Debido a que el boro a granel no tiene capas como el grafito, el crecimiento de boro más allá de las capas atómicas individuales conduce a la agrupación en lugar de películas planas.

"Cuando intentas hacer crecer una capa más gruesa, el boro quiere adoptar su estructura a granel, "dijo Mark C. Hersam de Northwestern, coautor principal del estudio. "En lugar de permanecer atómicamente plano, las películas de boro más gruesas forman partículas y racimos. La clave fue encontrar las condiciones de crecimiento que impidieran que se formaran los racimos. Hasta ahora, no pensamos que pudieras ir más allá de una capa. Ahora nos hemos adentrado en un territorio inexplorado entre la capa atómica única y la masa, resultando en un nuevo patio de recreo para el descubrimiento ".

La investigación se publicará el 26 de agosto en la revista Materiales de la naturaleza .

Hersam es Profesor Walter P. Murphy de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick y director del Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales. También es miembro del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern y del Instituto Simpson Querrey. Hersam codirigió el trabajo con Boris Yakobson, la Cátedra Karl F. Hasselmann en Ingeniería en Rice University.

Hace cinco años, Hersam y sus colaboradores crearon borofeno por primera vez. Más fuerte, más ligero y flexible que el grafeno, el borofeno tiene el potencial de revolucionar las baterías, electrónica, sensores, células solares y computación cuántica. Aunque la investigación teórica predijo que era posible una doble capa de borofeno, muchos investigadores, incluyendo a Hersam, no estaban convencidos.

"Es un desafío hacer un nuevo material, incluso cuando el trabajo teórico predice su existencia, "Dijo Hersam." La teoría rara vez te dice las condiciones sintéticas necesarias para lograr esa nueva estructura ".

La clave para las condiciones correctas, El equipo de Hersam descubrió, fue el sustrato utilizado para el cultivo del material. En el estudio, Hersam y sus colegas cultivaron borofeno en un piso, sustrato de plata. Cuando se expone a temperaturas muy altas, la plata se amontonó para formar excepcionalmente plana, grandes terrazas entre racimos de escalones de escala atómica.

"Cuando crecimos borofeno en estos grandes, terrazas planas, vimos formarse una segunda capa, ", Dijo Hersam." Después de esa observación fortuita, enfocamos intencionalmente nuestro esfuerzo en esa dirección. No estábamos buscando la segunda capa cuando la encontramos. Muchos descubrimientos de materiales ocurren de esta manera, pero tienes que darte cuenta de la oportunidad cuando te topas con algo inesperado ".

El material de doble capa mantuvo todas las propiedades electrónicas deseables del borofeno, al tiempo que ofrece nuevas ventajas. Por ejemplo, el material comprende dos láminas de espesor de capa atómica unidas entre sí con un espacio entre ellas, que podría utilizarse para el almacenamiento de energía o productos químicos.

"Ha habido predicciones teóricas de que el borofeno bicapa es un material prometedor para las baterías, Hersam dijo:"Tener espacio entre las capas proporciona un lugar para contener los iones de litio".

El equipo de Hersam espera que ahora otros investigadores se sientan inspirados para seguir cultivando capas aún más gruesas de borofeno o crear capas dobles con diferentes geometrías atómicas.

"Diamantes, grafito, Los nanotubos de grafeno y carbono están todos basados ​​en un elemento (carbono) con diferentes geometrías, ", Dijo Hersam." El boro parece ser tan rico en sus posibilidades, si no más, que el carbono. Creemos que todavía estamos en los primeros capítulos de la saga bidimensional del boro ".