En illustration visar hur kanterna är anslutna i hörnen av en borofenflinga. Materialforskare under ledning av Rice University har förutspått att formen av borofen, 2D -allotropen av bor, kan kontrolleras. Upphovsman:Zhuhua Zhang/Rice University/Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Borofen har en nästan perfekt partner i en form av silver som kan hjälpa det trendiga tvådimensionella materialet att växa till oöverträffade längder.
Ett välordnat galler av silveratomer gör det möjligt att påskynda tillväxten av orört borofen, den atomtjocka allotropen av bor som hittills bara kan bildas via syntes av molekylär stråle-epitaxy (MBE).
Genom att använda ett silversubstrat och genom noggrann manipulation av temperatur och avsättningshastighet, forskare har upptäckt att de kan odla långsträckta sexkantiga borofenflingor. De föreslog att användningen av ett korrekt metallsubstrat kan underlätta tillväxten av ultratunna, smala borofenband.
Nytt verk publicerat i Vetenskapliga framsteg av forskare vid Rice och nordvästra universitet, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics och Argonne National Laboratory kommer att hjälpa till att effektivisera tillverkningen av det ledande materialet, som visar potential för användning inom bärbar och transparent elektronik, plasmoniska sensorer och energilagring.
Den potentialen har drivit ansträngningar för att göra det lättare att växa, ledd av rismaterialforskaren Boris Yakobson, en teoretiker som förutspådde att borofen kunde syntetiseras. Han och medarbetarna Mark Hersam på Northwestern och huvudförfattaren Zhuhua Zhang, en risalumn och nu professor vid Nanjing, har nu genom teori och experiment visat att storskaliga, högkvalitativa prover av borofen är inte bara möjliga utan möjliggör också kvalitativ förståelse av deras tillväxtmönster.
Till skillnad från de upprepade atomgitterna som finns i grafen och sexkantiga bornitrid, borofen innehåller en vanlig, invävd uppsättning "lediga platser, "saknar atomer som lämnar sexkantiga hål bland trianglarna. Detta påverkar inte bara materialets elektroniska egenskaper utan påverkar också hur nya atomer går samman med flingan när den bildas.
Yakobson-labbets beräkningar visade att kantenergierna-atomer som är mindre stabila längs kanterna på 2-D-material än inuti-är betydligt lägre än de i grafen och bornitrid och att förhållandena kan manipuleras för att justera kanterna för optimal tillväxt av band.
Initiala beräkningar visade att borofen i jämvikt bör bildas som en rektangel, men experiment bevisade något annat.
Modeller av materialforskare vid Rice University och deras kollegor föreslår en metod för att kontrollera tillväxten av värdefull tvådimensionell borofen. Modellen förutsäger en mängd olika former av 2D -borflingor med olika bildförhållanden, inklusive tunna band. Upphovsman:Zhuhua Zhang/Rice University/Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Den förvirrande faktorn var i flingans kanter som, tvingas av de lediga platserna, visas i variationer av sicksack- och fåtöljkonfigurationer. Atomer sätter sig en efter en i de "knäckar" som dyker upp längs kanterna, men som fåtöljer är mer energiskt stabila och utgör en högre barriär för atomerna, de föredrar att gå med i sicksacken. Istället för att förlänga flingorna i alla riktningar, atomerna är selektiva om var de bosätter sig och förlänger strukturen istället.
"På atomskala, kanterna fungerar inte som om du klipper gallret med en sax, "Sa Yakobson." De dinglande banden du skapar återförenas med sina grannar, och kantatomerna anpassar sig något annorlunda, rekonstruerade konfigurationer.
"Så formernas ursprung får inte ligga i jämvikt, "sa han." De orsakas av tillväxtens kinetik, hur snabbt eller långsamt sidokanterna går framåt. Eventuellt, vi hade utvecklat en teoretisk ram för grafen, en nanoreaktormodell som fungerar för andra 2-D-material, inklusive bor. "
Att kontrollera såväl atomer som temperatur ger forskarna ett enklare sätt att kontrollera borofensyntes.
"Silver (111) ger en landning för boratomer, som sedan diffunderar längs ytan för att hitta kanterna på en växande borofenflinga, "Sade Zhang." Vid ankomsten, boratomerna lyfts på kanterna av silver, men hur svårt ett sådant lyft är beror på kantens orientering. Som ett resultat, ett par motsatta sicksackkanter växer mycket långsamt medan alla andra kanter växer mycket snabbt, manifesteras som en förlängning av borflingan. "
Forskarna sa att möjligheten att odla nålliknande band av borofen ger dem möjlighet att fungera som ledande ledningar för atombredd för nanoelektroniska enheter.
"Grafenbaserad elektronik som hittills har utformats förlitar sig mest på bandliknande byggstenar, "Yakobson sa." Metalliska borband med hög konduktivitet kommer att vara en naturlig matchning som sammankopplingar i kretsar. "
Medförfattare till tidningen är Xiaolong Liu från Northwestern, Nathan Guisinger från Argonne's Center for Nanoscale Materials, Andrew Mannix från Argonne och Northwestern, och Zhili Hu från Nanjing och Rice. Yakobson är Karl F. Hasselmann professor i materialvetenskap och nanoteknik och professor i kemi vid Rice. Hersam är Walter P. Murphy -professor i materialvetenskap och teknik vid Northwestern.
