El grafeno puede provenir del grafito. ¿Pero el borofeno? No existe tal cosa como el borita.
A diferencia de su primo de carbono, el borofeno bidimensional no se puede reducir a partir de una forma natural más grande. El boro a granel generalmente solo se encuentra en combinación con otros elementos, y ciertamente no está en capas, por lo que el borofeno debe fabricarse a partir de los átomos hacia arribaIncluso entonces, el borofeno que obtienes puede no ser lo que necesitas.
Por esa razón, los investigadores de las universidades de Rice y Northwestern han desarrollado un método para ver los cristales de borofeno en 2D, que pueden tener muchas configuraciones de red, llamadas polimorfos, que a su vez determinan sus características.
Saber cómo lograr polimorfos específicos podría ayudar a los fabricantes a incorporar borofeno con propiedades electrónicas, térmicas, ópticas y otras propiedades físicas deseables en los productos.
Boris Yakobson, físico de materiales en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice, y el científico de materiales Mark Hersam, de Northwestern, lideraron un equipo que no solo descubrió cómo ver las estructuras a nanoescala de las redes de borofeno, sino que también construyó modelos teóricos que ayudaron a caracterizar las formas cristalinas.
Sus resultados se publican en Comunicaciones de la naturaleza .
El borofeno sigue siendo difícil de fabricar incluso en pequeñas cantidades. Si se puede ampliar, los fabricantes probablemente deseen ajustarlo para las aplicaciones. Lo que los equipos de Rice y Northwestern aprendieron ayudará en ese sentido.
El grafeno toma una sola forma, una matriz de hexágonos, como el alambre de gallina, pero el borofeno perfecto es una cuadrícula de triángulos. Sin embargo, el borofeno es un polimorfo, un material que puede tener más de una estructura cristalina. Vacantes que dejan patronesde "hexágonos huecos" en una red de borofeno determinan sus propiedades físicas y eléctricas.
Yakobson dijo que en teoría podría haber más de 1,000 formas de borofeno, cada una con características únicas.
"Tiene muchos posibles patrones y redes de átomos conectados en la red", dijo.
El proyecto comenzó en el laboratorio Northwestern de Hersam, donde los investigadores modificaron la punta roma de un microscopio de fuerza atómica con una punta afilada de átomos de carbono y oxígeno. Eso les dio la capacidad de escanear un copo de borofeno para detectar electrones que corresponden a enlaces covalentesentre átomos de boro. Utilizaron un microscopio de túnel de barrido modificado de manera similar para encontrar hexágonos huecos donde un átomo de boro había desaparecido.
El escaneo de escamas cultivadas en sustratos de plata a varias temperaturas a través de la epitaxia de haz molecular les mostró una variedad de estructuras cristalinas, ya que las condiciones de crecimiento cambiantes alteraron la red.
"La microscopía moderna es muy sofisticada, pero el resultado es, desafortunadamente, que la imagen que obtienes es generalmente difícil de interpretar", dijo Yakobson. "Es decir, es difícil decir que una imagen corresponde a una red atómica particular. Está lejosde obvio, pero ahí es donde entran en juego la teoría y las simulaciones "
El equipo de Yakobson utilizó simulaciones de primer principio para determinar por qué el borofeno adoptó estructuras particulares basadas en el cálculo de las energías de interacción de los átomos de boro y sustrato. Sus modelos coincidían con muchas de las imágenes de borofeno producidas en Northwestern.
"Aprendimos de las simulaciones que el grado de transferencia de carga del sustrato metálico al borofeno es importante", dijo. "Cuánto de esto está sucediendo, de nada a mucho, puede marcar la diferencia".
Los investigadores confirmaron a través de su análisis que el borofeno tampoco es una película epitaxial. En otras palabras, la disposición atómica del sustrato no dicta la disposición o el ángulo de rotación del borofeno.
El equipo produjo un diagrama de fases que establece cómo es probable que se forme borofeno bajo ciertas temperaturas y en una variedad de sustratos, y señaló que sus avances en microscopía serán valiosos para encontrar las estructuras atómicas de los materiales 2D emergentes.
Mirando hacia el futuro, Hersam dijo: "El desarrollo de métodos para caracterizar y controlar la estructura atómica del borofeno es un paso importante hacia la realización de las muchas aplicaciones propuestas de este material, que van desde electrónica flexible hasta temas emergentes en ciencias de la información cuántica"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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