Det skulle vara en fruktansvärd sak om laboratorier som strävar efter att odla grafen från kolatomer fortsatte att sluta med stora irriterande diamanter.

"Det skulle vara problem, rensa ut diamanterna så att du kan göra ett riktigt jobb, " sade Rice University teoretiska fysiker Boris Yakobson, skrattar åt den absurda bilden.

Men något sådant fortsätter att hända med experimentalister som arbetar för att odla tvådimensionell bor. Boratomer har en stark preferens att klumpa ihop sig till tredimensionella former snarare än att samlas till orörda enatomsark, som kol gör när det blir grafen. Och borklumpar är inte alls lika gnistrande.

Yakobson och hans Rice-kollegor har gjort framsteg mot 2-D bor genom teoretiskt arbete som föreslår de mest praktiska sätten att göra materialet och få det att fungera. Tidigare beräkningar av gruppen indikerade att 2-D född skulle leda elektricitet bättre än grafen.

Genom första principberäkningar av växelverkan mellan boratomer och olika substrat, teamet kom på flera möjliga vägar experimentalister kan ta mot 2-D bor. Yakobson anser att verket kan peka vägen mot andra användbara tvådimensionella material.

Rice-teamets resultat visas denna vecka i journalen Angewandte Chemie International Edition . Rice-studenten Yuanyue Liu och forskaren Evgeni Penev är medförfattare till uppsatsen.

Yakobsons labb rapporterades först i en Nanobokstäver papper förra året som till skillnad från grafen, 2-D bor rullat in i ett nanorör skulle alltid vara metalliskt. Också till skillnad från grafen, atomarrangemanget kan förändras utan att ändra materialets natur. Istället för den stadiga raden av hexagoner i ett perfekt grafenark, 2-D bor består av trianglar. Men bor kan ha vakanser – saknade atomer – utan att påverka dess egenskaper.

Det är teorin. Problemet som återstår är hur man gör grejerna.

"Vi är, kanske, så nära, " sa Penev. "Här har vi tänkt ut ett material som liknar grafen, men är alltid ledande oavsett vilken form den tar. Det vi gör nu är att utforska olika möjligheter att koppla våra teorier med verkligheten."

Den bästa metoden, de räknade, kan vara att mata in bor i en ugn med silver- eller guldsubstrat i en process som kallas kemisk ångavsättning, används ofta för att göra grafen. Underlaget är viktigt, Penev sa, eftersom atomerna måste spilla ut på ytan och fastna, men inte för starkt.

"Du måste ha ett substrat som inte vill lösa upp bor, sade han. Å andra sidan, du vill ha ett underlag som inte binder för starkt. Du borde kunna ta bort borskiktet."

Sedan, som grafen, dessa atomtjocka borark skulle kunna appliceras på andra ytor för testning och, i sista hand, för användning i applikationer.

Studien beräknade också metoder för att skapa ark via mättnad av boratomer på ytan av boridsubstrat, och avdunstning av metallatomer från metallborider som lämnar bara målatomerna i ett ark.

"Det finns många anledningar till att bor kan vara intressant, sa Liu, tidningens första författare. "Bor är kolets granne i det periodiska systemet, med en elektron mindre, som kan föra in massor av ny fysik och kemi, speciellt på nanoskala. Till exempel, 2-D bor är mer ledande än grafen på grund av dess unika elektroniska struktur och atomarrangemang.

"Faktiskt, att jämföra (bor) med grafen är mycket användbart, ", sa han. "De toppmoderna syntesmetoderna för grafen ger oss bra mallar för att utforska 2-D borsyntes."

Yakobson tänker ett steg bortom det nuvarande arbetet. "Det finns många grupper, på Rice och på andra ställen, arbetar på 2-D bor, " sa han. "För att uppskatta detta arbete, du måste stå tillbaka och kontrastera det med grafen; på något vis, syntesen av grafen är trivial.

"Varför? Eftersom grafen är ett gudgivet material, " sade han. "Det bildas på det globala minimum (energi) för kolatomer – de går dit villigt. Men bor är en annan historia. Den har inte en plan form som ett globalt minimum, vilket gör det till ett riktigt subtilt problem. Nyheten i det här verket är att vi försöker lura det att bygga ett tvådimensionellt motiv istället för tre."

The search for 2-D materials with varying qualities is hot right now; another new paper from Rice on a hybrid graphene-hexagonal boron nitride shows the need for a 2-D semiconductor to complement the material's conducting and insulating elements.

Yakobson hopes his study serves as a guideline for practical routes to other novel materials. "Now that there is a growing interest in a variety of 2-D materials, this may be a template, " han sa.

Yakobson is Rice's Karl F. Hasselmann Professor of Mechanical Engineering and Materials Science and professor of chemistry.