Espera, grafeno. Puedes pensar que eres el nuevo nanomaterial más interesante del siglo, pero el boro ya puede haberte derrotado, según los científicos de la Universidad de Rice.
Un equipo de Rice que simuló formas unidimensionales de boro, tanto cintas de dos átomos de ancho como cadenas de un solo átomo, descubrió que poseen propiedades únicas. Los nuevos hallazgos aparecen esta semana en el Revista de la Sociedad Americana de Química .
Por ejemplo, si las cintas metálicas de boro se estiran, se transforman en cadenas semiconductoras antiferromagnéticas y, cuando se liberan, se pliegan nuevamente en cintas.
Los materiales de boro 1-D también tienen rigidez mecánica a la par con los nanomateriales conocidos de mayor rendimiento.
Y pueden actuar como resortes de fuerza constante a nanoescala.
Los laboratorios experimentales están progresando en la síntesis de boro de átomo delgado y de tipo fullereno, lo que llevó al investigador de Rice, Boris Yakobson, a pensar que el boro 1-D podría volverse real también.
El laboratorio de Yakobson crea simulaciones de materiales a nivel de átomo de materiales que no necesariamente existen, todavía. Simular y probar sus propiedades energéticas ayuda a guiar a los experimentadores que trabajan para crear materiales del mundo real. Cadenas de átomos de carbono conocidas como carbyne, boro fullerenos y dospelículas tridimensionales llamadas borofeno, todas predichas por el grupo Rice, han sido creadas por laboratorios.
"Nuestro trabajo sobre el carbyne y el boro plano nos hizo pensar que una cadena unidimensional de átomos de boro también es una estructura posible e intrigante", dijo Yakobson. "Queríamos saber si es estable y cuáles serían las propiedadesAhí es donde los métodos teórico-computacionales modernos son impresionantes, porque uno puede hacer evaluaciones bastante realistas de estructuras no existentes.
"Incluso si nunca existen, siguen siendo importantes ya que estamos investigando los límites de la posibilidad, una especie de frontera final", dijo.
El boro unidimensional forma dos fases bien definidas, cadenas y cintas, que están unidas por una "transición de fase reversible", lo que significa que pueden pasar de una forma a otra y viceversa.
Para demostrar esta quimiomecánica interesante, los investigadores utilizaron una computadora para "tirar" de los extremos de una cinta de boro simulada con 64 átomos. Esto obligó a los átomos a reorganizarse en una sola cadena tipo carbeno. En su simulación, los investigadores dejaron unfragmento de la cinta para servir como semilla, y cuando liberaron la tensión, los átomos de la cadena volvieron a la forma de la cinta.
"El boro es muy diferente del carbono", dijo Yakobson. "Prefiere formar una doble hilera de átomos, como un truss utilizado en la construcción de puentes. Este parece ser el estado más estable y de menor energía.
"Si tira de él, comienza a desplegarse; los átomos ceden a este hilo monoatómico. Y si libera la fuerza, se pliega", dijo. "Eso es bastante divertido, estructuralmente, y al mismo tiempo cambialas propiedades electrónicas
"Eso lo convierte en una combinación interesante: cuando lo estira hasta la mitad, puede tener una porción de cinta y una porción de cadena. Debido a que uno de ellos es de metal y el otro es un semiconductor, esto se convierte en un ajuste unidimensional y ajustableUnión de Schottky ". Una unión de Schottky es una barrera para los electrones en una unión de semiconductores de metal y se usa comúnmente en diodos que permiten que la corriente fluya en una sola dirección".
Como una cinta, el boro es "un verdadero metal 1-D robusto a la distorsión de su red cristalina una propiedad conocida como distorsión de Peierls", escribieron los investigadores. Esa construcción tipo armadura le da al material una rigidez extraordinaria, una medida desu capacidad para resistir la deformación de una fuerza aplicada.
Como una cadena de átomos, el material también es un semiconductor antiferromagnético de separación amplia sintonizable por deformación. En un antiferromagnético, los momentos atómicos, la dirección de los estados de rotación "hacia arriba" o "hacia abajo" de los átomos, se alineanen direcciones opuestas. Este acoplamiento de estado magnético y transporte electrónico puede ser de gran interés para los investigadores que estudian espintrónica, en los que los estados de espín pueden manipularse para crear dispositivos electrónicos de alto rendimiento ". Puede ser muy útil porque en lugar del transporte de carga, ustedpuede tener transporte de espín. Esa es considerada una dirección importante para los dispositivos que utilizan espintrónica ", dijo.
La elasticidad del boro unidimensional también es interesante, dijo Yakobson. "También es un resorte especial, un resorte de fuerza constante", dijo. "Cuanto más se estira un resorte mecánico, más aumenta la fuerza. Pero en elEn el caso del boro 1-D, se requiere la misma fuerza hasta que el resorte se estire por completo. Si sigues tirando, se romperá. Pero si liberas la fuerza, se pliega completamente en una cinta. Es una estructura mecánicamente agradable ".Esa propiedad podría ser útil en sensores a nanoescala para medir fuerzas muy pequeñas, dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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