L’exemple illustre la structure atomique du borophène à double couche. Dans cette image, tous les atomes sont généralement du bore, les atomes de bore rouge étant particulièrement impliqués dans la liaison entre les couches. Crédit : Université Northwestern
Les nouveaux matériaux maintiennent borophène propriétés électroniques de , offre de nouveaux avantages.
Pour la première fois, Collège du Nord-Ouest Les ingénieurs techniques ont créé une double couche de borophène atomiquement plat, l’exploit qui défie l’inclinaison naturelle du bore pour créer des amas non planaires en dehors de la restriction à une seule couche atomique.
Bien que réputé pour ses propriétés numériques prometteuses, le borophène – un atome -feuille épaisse de bore – est difficile à synthétiser. Contrairement à son matériau analogique bidimensionnel graphène , qui peut être décollé du graphite stratifié de manière innée en utilisant quelque chose d’aussi simple que le scotch, le borophène ne peut pas simplement se décoller du bore de masse. Au lieu de cela, le borophène doit être cultivé directement sur une base.
Et si l’expansion d’une couche avait été difficile, la croissance de plusieurs couches de borophène atomiquement plat semblait impossible. Étant donné que le bore de masse n’est pas divisé comme le graphite, l’augmentation du bore au-delà des couches atomiques solitaires entraîne un regroupement plutôt que des films planaires.
“Lorsque vous essayez de développer un niveau plus épais, le bore souhaite adopter sa structure de masse”, a déclaré Mark C. Hersam de Northwestern, co-auteur principal de l’étude. « Plutôt comparés aux films de bore plus épais et atomiquement lisses, ils forment des particules et des amas. La clé avait été de trouver des problèmes de croissance qui empêchaient les grappes particulières de se développer. Jusqu’à présent, nous ne pensions pas qu’on pouvait dépasser une couche. Nous sommes maintenant entrés dans une zone inexplorée entre la couche atomique unique et la masse, résultant en un nouveau terrain de jeu pour la découverte. ”
La recherche a été publiée le 26 août 2021 dans la revue Matériaux naturels .
Hersam sera le professeur Walter P. Murphy de science des composants et anatomiste au McCormick College of Engineering et réalisateur du Materials Study Science and Executive Center. Il est également membre de l’Institut international de nanotechnologie de Northwestern et de la Simpson Querrey Company. Hersam a co-dirigé le travail avec Boris Yakobson, le Karl Farreneheit. Chaire Hasselmann en ingénierie à l’Université Grain.
Il y a 5 ans, de grands collaborateurs Hersam créaient pour la première fois le borophène. Plus fort, plus léger et plus flexible par rapport au graphène, le borophène a le potentiel d’améliorer les batteries, l’électronique, les détecteurs, les cellules solaires et traitement quantique . Bien que la recherche théorique ait prédit que la double couche associée au borophène était réalisable, de nombreux chercheurs, dont Hersam, n’en étaient pas certains.
« Il est généralement difficile de créer un tout nouveau matériau, même lorsque des travaux théoriques en prédisent l’existence », a déclaré Hersam. «La théorie ne vous dit presque jamais les conditions artificielles nécessaires pour que cette nouvelle structure se produise. ”
L’équipe d’Hersam a découvert que la clé pour obtenir les bonnes conditions était votre substrat utilisé pour augmenter le matériau. Dans le cadre de l’étude, les grands collègues d’Hersam ont cultivé du borophène sur un substrat métallique plat. Lorsqu’il est soumis à des températures très élevées, l’argent particulier s’est formé pour créer d’immenses terrasses exceptionnellement plates entre de nombreuses étapes simples à l’échelle atomique.
“Lorsque nous avons tous cultivé du borophène sur ces grandes terrasses toniques, nous avons remarqué qu’une deuxième couche se développait”, a déclaré Hersam. « Suite à cette observation fortuite, nous avons délibérément concentré notre énergie dans cette direction. Nous ne cherchions pas tous la 2ème couche lorsque nous l’avons découverte. De nombreuses découvertes de composants se produisent de cette manière, mais vous devez comprendre l’opportunité lorsque vous rencontrez quelque chose d’inattendu. ”
«Nous nous sommes déplacés dans un territoire inexploré entre la couche atomique solitaire ainsi que la masse, résultant en un tout nouveau terrain de jeu à trouver. ”
– Indique Hersam, homme de science des matériaux
Les matériaux à double couche ont conservé toutes les qualités électroniques souhaitables du borophène, tout en offrant de nouveaux avantages. Par exemple, les matériaux comprennent deux feuilles d’une épaisseur de couche atomique liées avec un espace entre elles, qui pourraient être utilisées pour l’énergie ou l’espace de stockage de produits chimiques.
“Il y a déjà eu des prédictions théoriques selon lesquelles le borophène bicouche est vraiment un matériau prometteur destiné aux batteries”, a déclaré Hersam. « Avoir une zone entre les couches fournit un endroit pour contenir les ions li (symboles). ”
L’équipe d’Hersam s’attend à ce que d’autres chercheurs d’aujourd’hui soient inspirés pour aider à continuer à faire croître des couches encore plus complètes de borophène ou à créer des couches doubles avec différentes géométries atomiques.
“Les diamants, le graphite, le graphène et les nanotubes de carbone sont basés sur un seul composant (carbone) avec différentes géométries”, a déclaré Hersam. « Le bore semble être tout aussi riche en opportunités, sinon plus, par rapport au carbone. Nous pensons que nous sommes encore dans les premiers chapitres de la fable du bore en deux dimensions. ”
Guide : « Synthèse du borophène au-delà de la limite de la couche atomique unique » par Xiaolong Liu, Qiucheng Li, Qiyuan Ruan, Matthew H. Rahn, Boris I en fait. Yakobson et Tag C. Hersam, le vingt-six août 2021, Composants naturels .
DOI : 10. 1038/s41563-021-01084-2
La recherche, « Synthèse de borophène au-delà de la restriction à une seule couche atomique », a été soutenue par le bureau associé à la recherche navale (numéro de récompense N00014-17-1-2993), la base scientifique nationale (DMR-1720139), le Oughout. S. Army Study Office (W911NF-16-1-0255) ainsi que la base Robert Welch.
