O borofeno pode ser tentador para os cientistas de materiais e começar a servir às suas ambições, se uma nova abordagem dos pesquisadores da Rice University puder ser transformada em prática.
O teórico de materiais Boris Yakobson da Escola de Engenharia George R. Brown de Rice e seu grupo sugerem um método para sintetizar o borofeno, a versão 2D do boro, de uma forma que poderia torná-lo mais fácil de liberar ou manipular.

De acordo com o artigo do grupo na revista da American Chemical Society ACS Nano , que envolveria o crescimento do material exótico em nitreto de boro hexagonal (hBN), um isolante, em vez das superfícies metálicas mais tradicionais normalmente usadas em epitaxia de feixe molecular (MBE).

As forças de van der Waals mais fracas entre o borofeno em crescimento e o hBN relativamente quimicamente inerte facilitariam a remoção do material do substrato para uso em aplicações. Também permitiria uma avaliação direta mais simples do borofeno (sem tirá-lo do substrato) por suas propriedades plasmônicas e fotônicas – isto é, manipulação de luz – porque não haveria substrato metálico para interferir. Isso também ajudaria na experimentação de suas propriedades eletrônicas, o que poderia ser de interesse para aqueles que estudam a supercondutividade.

A equipe de Yakobson, incluindo o autor principal e estudante de pós-graduação Qiyuan Ruan e os co-autores Luqing Wang, um ex-aluno da Rice, e a pesquisadora Ksenia Bets, calculou as energias em nível atômico do borofeno e do hBN. Eles descobriram que o substrato hBN escalonado e planalto encorajou os átomos de boro flutuando na câmara MBE a acender, nucleando o crescimento.

Como o hBN, como o grafeno, possui uma rede hexagonal semelhante a um arame, seu arranjo atômico também permitiu o crescimento epitaxial da borda do novo cristal se formando em sua superfície. Na epitaxia, o crescimento do novo material é determinado até certo ponto pela rede abaixo. Nesse caso, esse crescimento ocorre no lado elevado do platô.

Em particular, os cálculos precisos ab initio mostraram que os átomos de boro têm uma "alta afinidade" para as etapas de hBN e suas bordas em ziguezague, contornando a barreira à nucleação apresentada por quaisquer outros locais no substrato. Isso permite que o crescimento do cristal comece em uma base sólida.

"As etapas em uma superfície são entidades unidimensionais e a afinidade do boro com as etapas permite a nucleação 1D, que é conhecida por não possuir barreira termodinâmica", disse Bets. "Este é um quebra-gelo, pois a nucleação ocorre quase sem barreiras e depois se estende para o borofeno 2D desejado".

Ruan observou que depois de examinar a ideia do ponto de vista físico-químico, a parte difícil começou. "A parte mais trabalhosa foi apresentar todos os valores quantitativos e argumentos com a maior precisão", disse. "Para nossas grandes estruturas, isso envolve o uso de métodos computacionais bastante caros e demorados."

O mecanismo de crescimento sugeriu que os pesquisadores também analisassem o grafeno popular como substrato. Seus cálculos mostraram que a energia de rede inerente do grafeno prenderia átomos de boro ou dímeros na superfície e os impediria de nucleação de borofeno.

Yakobson tem um histórico sólido de prever o que os átomos de boro podem fazer e, em seguida, observar os laboratórios aceitarem o desafio com sucesso. Ele não espera menos com a teoria mais recente.

"O processo parece muito lógico e desta forma parece convincente, e esperamos que os experimentalistas em todo o mundo experimentem, como de fato aconteceu com nossa proposta anterior de síntese em metais", disse ele. "Estamos otimistas, mas mantendo os dedos cruzados. Serendipidade no laboratório geralmente implica um resultado feliz, mas também uma surpresa, possivelmente um obstáculo não esperado ou desejado."

Yakobson é o professor Karl F. Hasselmann de Ciência dos Materiais e NanoEngenharia e professor de química na Rice. + Explorar mais

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