Imagens de microscópio eletrônico de varredura revelam uma folha de borofeno contendo domínios com diferentes montagens periódicas de relações hexágono-para-triângulo conhecidas de 1 para 5 e 1 para 6 linhas, junto com duas fases não observadas anteriormente de 7 a 36 e 4 a 21. Cientistas das universidades Rice e Northwestern fizeram a primeira análise detalhada de estruturas ordenadas de defeitos no borofeno. Crédito:Hersam Research Group / Northwestern University
Borofeno, a forma atomicamente plana do boro com propriedades únicas, é ainda mais interessante quando diferentes formas do material se misturam e se misturam, de acordo com cientistas das universidades Rice e Northwestern.
Os cientistas das instituições criaram e analisaram o borofeno com diferentes arranjos de rede e descobriram como as estruturas variadas são fáceis de combinar em novas formas semelhantes a cristais. Esses, eles indicaram, têm propriedades que os fabricantes de eletrônicos podem querer explorar.
A pesquisa liderada pelo teórico de materiais do arroz Boris Yakobson e pelo cientista de materiais da Northwestern Mark Hersam aparece em Materiais da Natureza .
O borofeno difere do grafeno e de outros materiais 2-D de uma maneira importante:não aparece na natureza. Quando o grafeno foi descoberto, ele foi arrancado de um pedaço de grafite com fita adesiva. Mas boro semicondutor não tem camadas, então todo borofeno é sintético.
Também ao contrário do grafeno, em que os átomos se conectam para formar hexágonos semelhantes a fios de galinheiro, borofeno se forma como triângulos ligados. Periodicamente, átomos desaparecem da grade e deixam vagas hexagonais. Os laboratórios investigaram formas de borofeno com concentrações de "hexágono oco" de um para cada cinco triângulos e um para cada seis na rede.
Imagens de microscópio eletrônico de tunelamento de varredura de defeitos de linha em 1 a 6 e 1 a 5 borofeno, indicado por pontas de seta azuis e vermelhas, respectivamente, mostrar como os defeitos se alinham de forma a preservar a natureza metálica do material sintético. Cientistas das universidades Rice e Northwestern fizeram a primeira análise detalhada de estruturas ordenadas de defeitos no borofeno. Crédito:Hersam Research Group / Northwestern University
Estas são as fases mais comuns que o laboratório da Northwestern observou ao criar borofeno em um substrato de prata por meio da deposição atômica de boro em um vácuo ultra-alto, de acordo com os pesquisadores, mas matrizes de borofeno "perfeitas" não eram o alvo do estudo.
O laboratório descobriu que em temperaturas entre 440 e 470 graus Celsius (824-878 graus Fahrenheit), ambas as fases 1 a 5 e 1 a 6 cresceram simultaneamente no substrato de prata, que atua como um modelo que orienta a deposição de átomos em fases alinhadas. O interesse dos laboratórios foi aumentado pelo que aconteceu onde esses domínios se encontraram. Ao contrário do que observaram no grafeno, os átomos se acomodaram facilmente nas fronteiras e adotaram as estruturas de seus vizinhos.
p Esses ajustes de limite deram origem a formas mais exóticas - mas ainda metálicas - de borofeno, com proporções como 4 para 21 e 7 para 36 aparecendo entre as fases paralelas."No grafeno, esses limites seriam estruturas desordenadas, mas no borofeno os defeitos de linha, na verdade, são uma estrutura perfeita um para o outro, "disse o estudante de pós-graduação de Rice Luqing Wang, que conduziu uma análise teórica das energias do nível do átomo para explicar as observações. "A mistura entre as fases é muito diferente do que vemos em outros materiais 2-D."
"Embora esperássemos alguma mistura entre as fases 1 a 5 e 1 a 6, o alinhamento perfeito e ordenação em estruturas periódicas foi surpreendente, "Hersam disse." No limite bidimensional, o boro provou ser um sistema de materiais excepcionalmente rico e interessante. "
Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura (topo) mostra duas montagens periódicas de borofeno, um sintético, matriz bidimensional de átomos de boro, essa junção em um defeito de linha. Modelos computacionais nas imagens do meio e inferior correspondem às regiões, com 1 a 6 borofeno em vermelho e 1 a 5 em azul. Pesquisadores das universidades Rice e Northwestern determinaram que as fases do borofeno se alinham de tal forma que o material é condutor, a natureza metálica é mantida. Crédito:Luqing Wang / Rice University
Os cálculos da teoria funcional da densidade de Wang revelaram a natureza metálica dos defeitos da linha; isso implicava que, ao contrário de defeitos de isolamento no grafeno metálico, eles têm impacto mínimo nas propriedades eletrônicas do material à temperatura ambiente. Em baixa temperatura, o material mostra evidências de uma onda de densidade de carga, um fluxo altamente ordenado de elétrons.
p Cálculos teóricos também sugeriram diferenças sutis na rigidez, condutividade térmica e propriedades eletroquímicas entre as fases de borofeno, que também sugeriu que o material pode ser ajustado para aplicações."Os polimorfismos únicos do borofeno estão em exibição completa neste estudo, "Yakobson disse." Isso sugere uma interação intrigante na estrutura eletrônica do material por meio de ondas de densidade de carga, o que pode levar a uma tentadora eletrônica comutável. "
"Como um material atomicamente fino, borofeno tem propriedades que devem ser função do substrato, materiais vizinhos e química de superfície, "Hersam disse." Esperamos obter mais controle sobre suas propriedades por meio da funcionalização química e / ou integração com outros materiais em heteroestruturas. "
Yakobson e Hersam também foram coautores de um recente Nature Nanotechnology perspectiva sobre "o metal 2-D mais leve". Nessa peça, os autores sugeriram que o borofeno pode ser ideal para interconexões eletrônicas flexíveis e transparentes, eletrodos e visores. Também pode ser adequado para dispositivos de interferência quântica supercondutores e, quando empilhado, para armazenamento de hidrogênio e aplicações de bateria.
