Imagens STM de alta resolução de monocamada de borofeno com estrutura em favo de mel em Al (1 1 1). Crédito:© Science China Press
Borofeno é conhecido por ter estrutura triangular com orifícios, enquanto uma rede em favo de mel de boro foi predita como energeticamente instável. Contudo, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. K. H. Wu no Instituto de Física, Academia Chinesa de Ciências, fabricou com sucesso um borofeno puro semelhante ao grafeno usando uma superfície de Al (111) como substrato e epitaxia de feixe molecular em ultra-alto vácuo, fornecendo uma plataforma ideal para materiais artificiais à base de boro com propriedades eletrônicas intrigantes, como estados de Dirac e comportamento de supercondutividade.
Alótropos de boro de baixa dimensão têm atraído considerável interesse nas últimas décadas, e trabalhos teóricos prevêem a existência de boro em monocamada. Como o boro tem apenas três elétrons de valência, a deficiência de elétrons torna uma rede em favo de mel de boro energeticamente instável. Em vez de, previu-se que uma rede triangular com buracos periódicos fosse mais estável. Em 2015, O Prof. Wu liderou uma equipe de pesquisa no Instituto de Física, Academia Chinesa de Ciências, e placas de borofeno 2-D sintetizadas com sucesso em uma superfície de prata, que exibem a rede triangular prevista com diferentes arranjos de orifícios hexagonais.
Uma questão intrigante é se é possível preparar uma monocamada de borofeno com uma estrutura em favo de mel puro. O borofeno do favo de mel hospedará naturalmente férmions de Dirac, e assim, propriedades eletrônicas intrigantes que se assemelham a outros materiais 2-D elementares do grupo IV. Adicionalmente, uma rede de boro 2-D em favo de mel pode permitir a supercondutividade. No conhecido supercondutor de alto Tc, MgB2, a estrutura cristalina consiste em planos de boro com camadas intercaladas de Mg, onde o plano de boro tem uma estrutura de favo de mel pura como o grafeno. É notável que em MgB2, a supercondutividade ocorre nos planos de boro, enquanto os átomos de Mg funcionam como doadores de elétrons.
Recentemente, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Wu relatou a preparação bem-sucedida de um borofeno semelhante ao grafeno em forma de favo de mel, usando uma superfície de Al (1 1 1) como substrato e crescimento de epitaxia de feixe molecular (MBE) em vácuo ultra-alto. Imagens de microscopia de tunelamento de varredura (STM) revelam borofeno monocamada perfeita com um plano, estrutura em favo de mel não deformada semelhante ao grafeno. Cálculos teóricos mostram que o borofeno do favo de mel em Al (1 1 1) é energeticamente estável. Notavelmente, quase uma carga de elétron é transferida para cada átomo de boro do substrato de Al (1 1 1) e estabiliza a estrutura de borofeno em favo de mel. Este trabalho demonstra a manipulação da rede de borofeno controlando a transferência de carga entre o substrato e o borofeno. E o borofeno do favo de mel oferece a possibilidade atraente de construir camadas atômicas à base de boro com propriedades eletrônicas únicas, como estados de Dirac, bem como para controlar a supercondutividade em compostos à base de boro.