O grafeno pode vir do grafite. Mas borofeno? Borita não existe.

Ao contrário de seu primo carbono, o borofeno bidimensional não pode ser reduzido de uma forma natural maior. O boro a granel geralmente só é encontrado em combinação com outros elementos, e certamente não é em camadas, então o borofeno tem que ser feito dos átomos para cima. Mesmo assim, o borofeno obtido pode não ser o que você precisa.

Por essa razão, pesquisadores das universidades Rice e Northwestern desenvolveram um método para visualizar os cristais de borofeno 2-D, que pode ter muitas configurações de rede - chamadas polimorfos - que, por sua vez, determinam suas características.

Saber como obter polimorfos específicos pode ajudar os fabricantes a incorporar borofeno com componentes eletrônicos desejáveis, térmico, propriedades ópticas e outras propriedades físicas em produtos.

Boris Yakobson, um físico de materiais na Brown School of Engineering de Rice, e o cientista de materiais Mark Hersam, da Northwestern, liderou uma equipe que não apenas descobriu como ver as estruturas em nanoescala das redes de borofeno, mas também construiu modelos teóricos que ajudaram a caracterizar as formas cristalinas.

Seus resultados são publicados em Nature Communications .

O borofeno continua difícil de fazer, mesmo em pequenas quantidades. Se e quando puder ser ampliado, os fabricantes provavelmente vão querer ajustá-lo para as aplicações. O que as equipes Rice e Northwestern aprenderam ajudará nesse sentido.

O grafeno assume uma única forma - uma matriz de hexágonos, como uma rede de galinheiro - mas o borofeno perfeito é uma grade de triângulos. Contudo, borofeno é um polimorfo, um material que pode ter mais de uma estrutura cristalina. As vagas que deixam padrões de "hexágonos ocos" em uma rede de borofeno determinam suas propriedades físicas e elétricas.

Yakobson disse que teoricamente poderia haver mais de 1, 000 formas de borofeno, cada um com características únicas.

"Tem muitos padrões e redes possíveis de átomos sendo conectados na rede, " ele disse.

O projeto começou no laboratório Hersam's Northwestern, onde os pesquisadores modificaram a ponta romba de um microscópio de força atômica com uma ponta afiada de átomos de carbono e oxigênio. Isso deu a eles a capacidade de escanear um floco de borofeno para detectar elétrons que correspondem a ligações covalentes entre átomos de boro. Eles usaram um microscópio de tunelamento de varredura modificado de forma semelhante para encontrar hexágonos ocos onde um átomo de boro havia desaparecido.

A varredura de flocos cultivados em substratos de prata sob várias temperaturas via epitaxia de feixe molecular mostrou-lhes uma gama de estruturas cristalinas, como as mudanças nas condições de crescimento alteraram a rede.

"A microscopia moderna é muito sofisticada, mas o resultado é, Infelizmente, que a imagem que você obtém geralmente é difícil de interpretar, "Yakobson disse." Isto é, é difícil dizer que uma imagem corresponde a uma rede atômica específica. Está longe de ser óbvio, mas é aí que entram a teoria e as simulações. "

A equipe de Yakobson usou simulações de primeiro princípio para determinar por que o borofeno assumiu estruturas específicas com base no cálculo das energias de interação dos átomos do boro e do substrato. Seus modelos corresponderam a muitas das imagens de borofeno produzidas na Northwestern.

"Aprendemos com as simulações que o grau de transferência de carga do substrato de metal para o borofeno é importante, "ele disse." Quanto disso está acontecendo, de nada a muito, pode fazer a diferença. "

Os pesquisadores confirmaram por meio de suas análises que o borofeno também não é um filme epitaxial. Em outras palavras, o arranjo atômico do substrato não determina o arranjo ou ângulo de rotação do borofeno.

A equipe produziu um diagrama de fase que mostra como o borofeno pode se formar sob certas temperaturas e em uma variedade de substratos, e notou que seus avanços na microscopia serão valiosos para encontrar as estruturas atômicas de materiais 2-D emergentes.

Olhando para o futuro, Hersam disse, “O desenvolvimento de métodos para caracterizar e controlar a estrutura atômica do borofeno é um passo importante para a realização das muitas aplicações propostas deste material, que variam de eletrônica flexível a tópicos emergentes nas ciências da informação quântica. "