(Phys.org)—Bor, det närliggande grundämnet till kol i det periodiska systemet, har kemiska egenskaper som gör den till en lockande kandidat för tvådimensionell, ledande, atomiskt homogena substrat liknande grafen. Tredimensionell bulkbor är icke-metallisk och används i halvledarkemi. Dock, teoretiska studier och tidigare arbete med att försöka isolera tvådimensionell bor visar att tvådimensionell bor bör ha metalliska egenskaper. Hittills, endast en tvådimensionell borallotrop har identifierats.

Forskare från Institute of Physics vid den kinesiska vetenskapsakademin och Collaborative Innovation Center of Quantum Matter i Kina har identifierat två nya typer av borark som de odlat på en Ag(111)-yta. Lakanen är stabila, relativt inert mot oxidation, och binder löst till silversubstratet, vilket gör dessa "borofen"-ark till utmärkta kandidater för vidare forskning om borbaserade elektroniska enheter. Detta verk visas i Naturkemi .

Använda molekylär strålepitaxi för att avsätta bor på ett silversubstrat, Baojie Feng, Jin Zhang, Qing Zhong, Wenbin Li, Shuai Li, Hui Li, Peng Cheng, Sheng Meng, Lan Chen, och Kehui Wu rapporterar bildandet av två strukturellt olika borark. Båda består av ett triangulärt borgitter, men de sexkantiga hålen är anordnade olika i de två arken. Dessa blad följer teoretiska förutsägelser som B ₃₆ enheter ska ha ett triangelgitter med ett sexkantigt hål i mitten.

Borarken odlades på en enkristall av Ag(111) i högvakuum med användning av direkt förångning av rent bor. Skanningstunnelmikroskopistudier avslöjade två olika faser som observerades när temperaturen ökade. Den första fasen, märkt S1, observerades vid temperaturer över 570K och motsvarar teoretiskt β ₁₂ lakan. Den andra fasen, märkt S2, observerades vid temperaturer över 650K och motsvarar teoretiskt χ ₃ lakan. Vid högre temperaturer, det mesta av S1-fasen omvandlas till S2. Båda visas som enskiktsöar av parallella borfenränder med parallella rader eller utsprång.

Elektronladdningsanalys bekräftar placeringen av boratomer på silverytan och boratomdensitetsstudier gav ytterligare bevis för bildandet av β ₁₂ och χ ₃ lakan. Atomdensiteten för S1-fasen visade sig vara 33,6 +/- 2,0 nm ^-2 , vilket är mycket nära teoretiskt β ₁₂ värde på 34,48nm ^-2 . Bortätheten ändrades inte för S2-fasen som indikerar χ ₃ strukturera, som har en förutspådd atomdensitet på 31,3 nm ^-2 .

Med hjälp av XPS-studier, Feng, et al. fann att borplåtarna är relativt stabila, särskilt inom borofenöarna. Kanterna på öarna tenderade att oxidera, medan centrum förblev relativt oförändrat. Detta förblev fallet även efter att arken utsatts för höga koncentrationer av syrgas.

β ₁₂ och χ ₃ ark var inte nödvändigtvis de borofenskivor med lägst energi som modellerna hade förutspått. I ett försök att förstå varför dessa strukturer observerades över det förutsagda energetiskt minimala tillståndet, Feng, et al. genomförde energibildningsstudier och fann att interaktion med silverytan gör bildandet av β ₁₂ och χ ₃ ark termodynamiskt gynnsamma.

Dock, även om silverytan är viktig för bildningen av arken, interaktionen mellan borarket och Ag(111)-ytan är inte särskilt stark. Flera faktorer, inklusive vidhäftningsenergiberäkningar, avståndet mellan borarket och substratet, och den lilla laddningsöverföringen mellan substratet och borarket, indikerar att borskivorna till övervägande del är bundna till ytan via kanterna. Detta innebär att borofenarken kan separeras från silverytan, liknande grafen.

Flera nyliga publikationer har avvisat ett större intresse för dessa borofenark. Teoretiskt arbete av forskare från Rice University i Houston och forskare från Ningbo University i Kina stödjer de strukturella modeller som föreslås i detta forskningsdokument, och föreslår att dessa två borofenskivor sannolikt är supraledande vid temperaturer runt 10K. Dessa ark i denna studie är relativt stabila och löst bundna till silverytan, egenskaper som gör dem till goda kandidater för eventuell praktisk användning för borbaserade elektroniska apparater.

© 2016 Phys.org