p Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), Northwestern University e Stony Brook University tem, pela primeira vez, criou uma folha bidimensional de boro - um material conhecido como borofeno. p Os cientistas têm se interessado por materiais bidimensionais por suas características únicas, particularmente envolvendo suas propriedades eletrônicas. O borofeno é um material incomum porque mostra muitas propriedades metálicas em nanoescala, embora tridimensional, ou em massa, o boro é não metálico e semicondutor.

p Como o borofeno é metálico e atomicamente fino, é uma promessa para possíveis aplicações que variam de eletrônicos a fotovoltaicos, disse o nanocientista de Argonne Nathan Guisinger, quem conduziu o experimento. "Nenhuma forma de boro elementar tem esse comportamento semelhante ao do metal, " ele disse.

p O estudo será publicado em 18 de dezembro pela revista Ciência .

p Como seu carbono vizinho da tabela periódica, que aparece na natureza em formas que variam de humilde grafite a diamantes preciosos, o boro tem várias faces diferentes, chamados alótropos. Mas é aí que as semelhanças terminam. Enquanto o grafite é composto por pilhas de folhas bidimensionais que podem ser retiradas uma de cada vez, não existe um processo análogo para fazer boro bidimensional.

p "Os borofenos são extremamente intrigantes porque são bastante diferentes dos materiais bidimensionais previamente estudados, "Guisinger disse." E porque eles não aparecem na natureza, o desafio envolveu projetar um experimento para produzi-los sinteticamente em nosso laboratório. "

p Embora pelo menos 16 alótropos em massa de boro sejam conhecidos, cientistas nunca haviam sido capazes de fazer uma folha inteira, ou monocamada, de borofeno. "É apenas no passado recente que os pesquisadores foram capazes de fazer pequenos pedaços de boro em nanoescala, "disse Andrew Mannix, um estudante de graduação da Northwestern e primeiro autor do estudo. "Este é um material totalmente novo com propriedades interessantes que estamos apenas começando a investigar."

p "O boro tem uma história rica e histórica e uma química muito complicada, "adicionou Mark Hersam, professor de ciência de materiais e engenharia na McCormick School of Engineering e Applied Science da Northwestern, que ajudou a aconselhar Mannix. "Isso é algo que poderia facilmente não ter funcionado, mas Andy teve a coragem e persistência de fazer acontecer. "

p Uma das características mais incomuns do boro consiste em sua configuração atômica em nanoescala. Enquanto outros materiais bidimensionais parecem mais ou menos perfeitamente lisos e planos em nanoescala, borofeno se parece com papelão ondulado, curvando-se para cima e para baixo, dependendo de como os átomos de boro se ligam uns aos outros, de acordo com Mannix.

p As "cristas" desta estrutura semelhante a papelão resultam em um fenômeno material conhecido como anisotropia, em que as propriedades mecânicas ou eletrônicas de um material - como sua condutividade elétrica - tornam-se direcionalmente dependentes. "Esta anisotropia extrema é rara em materiais bidimensionais e não foi vista antes em um metal bidimensional, "Disse Mannix.

p Com base em previsões teóricas das características do borofeno, os pesquisadores também notaram que provavelmente tem uma resistência à tração maior do que qualquer outro material conhecido. A resistência à tração se refere à capacidade de um material de resistir à quebra quando é separado. "Sabe-se que outros materiais bidimensionais têm alta resistência à tração, mas este pode ser o material mais forte que encontramos até agora, "Disse Guisinger.

p A descoberta e síntese do borofeno foi auxiliada por um trabalho de simulação computacional liderado pelos pesquisadores de Stony Brook, Xiang-Feng Zhou e Artem Oganov, que atualmente é afiliado ao Instituto de Física e Tecnologia de Moscou e ao Instituto de Ciência e Tecnologia Skolkovo. Oganov e Zhou usaram métodos de simulação avançados que mostraram a formação das rugas da superfície ondulada.

p "Às vezes, os experimentalistas encontram um material e nos pedem para resolver a estrutura, e às vezes fazemos previsões primeiro e o experimento valida o que encontramos, "Oganov disse." Os dois andam de mãos dadas, e nesta colaboração internacional tivemos um pouco de cada. "

p “A conexão que temos entre as instituições nos permite realizar coisas que não poderíamos fazer sozinhos, "Hersam acrescentou." Precisávamos combinar microscopia de tunelamento de varredura com espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e microscopia eletrônica de transmissão para obter uma visão da superfície do material e verificar sua espessura em escala atômica e propriedades químicas. "

p À medida que cresciam a monocamada de borofeno, os pesquisadores descobriram outra vantagem em sua técnica experimental. Ao contrário de experimentos anteriores que usaram gases altamente tóxicos na produção de materiais à base de boro em nanoescala, este experimento envolveu uma técnica não tóxica chamada evaporação por feixe de elétrons, que vaporiza essencialmente um material de origem e, em seguida, condensa uma película fina em um substrato - neste caso, boro em prata.

p "Quando fizemos nosso trabalho teórico, Tive dúvidas quanto à viabilidade de se obter boro bidimensional porque o boro gosta de formar cachos, e transformá-lo em duas dimensões, pensei que seria um desafio, "Oganov disse." Descobriu-se que crescer no substrato era a chave, porque o boro e a prata acabaram não reagindo um com o outro. "