Sarebbe una cosa terribile se i laboratori che si sforzano di far crescere il grafene dagli atomi di carbonio continuassero a finire con grossi diamanti fastidiosi.

"Sarebbero guai, pulire i diamanti in modo da poter fare un vero lavoro, ", ha affermato il fisico teorico della Rice University Boris Yakobson, ridacchiando all'immagine assurda.

Eppure qualcosa del genere continua a succedere agli sperimentalisti che lavorano per far crescere il boro bidimensionale. Gli atomi di boro hanno una forte preferenza per aggregarsi in forme tridimensionali piuttosto che assemblarsi in fogli incontaminati di un singolo atomo, come fa il carbonio quando diventa grafene. E i grumi di boro non sono così scintillanti.

Yakobson e i suoi colleghi della Rice hanno compiuto progressi verso il boro 2-D attraverso un lavoro teorico che suggerisce i modi più pratici per realizzare il materiale e metterlo in funzione. I calcoli precedenti del gruppo indicavano che la nascita in 2-D avrebbe condotto l'elettricità meglio del grafene.

Attraverso calcoli di primo principio dell'interazione degli atomi di boro con vari substrati, il team ha escogitato diversi possibili percorsi che gli sperimentatori potrebbero intraprendere verso il boro 2-D. Yakobson ritiene che il lavoro possa indicare la strada verso altri utili materiali bidimensionali.

I risultati del team Rice appaiono questa settimana sul diario Angewandte Chemie Edizione Internazionale . Lo studente laureato di Rice Yuanyue Liu e il ricercatore Evgeni Penev sono coautori del documento.

Il laboratorio di Yakobson segnalato per la prima volta in a Nano lettere carta l'anno scorso che a differenza del grafene, Il boro 2-D arrotolato in un nanotubo sarebbe sempre metallico. Inoltre, a differenza del grafene, la disposizione atomica può cambiare senza cambiare la natura del materiale. Invece della costante serie di esagoni in un perfetto foglio di grafene, Il boro 2-D è costituito da triangoli. Ma il boro potrebbe avere posti vacanti – atomi mancanti – senza alterare le sue proprietà.

Questa è la teoria. Il problema che rimane è come fare la roba.

"Noi siamo, forse, così vicino, " Penev ha detto. "Qui abbiamo concepito un materiale che assomiglia al grafene, ma è sempre conduttivo, indipendentemente dalla forma che assume. Quello che stiamo facendo ora è esplorare diverse possibilità per collegare le nostre teorie con la realtà".

Il metodo migliore, hanno calcolato, potrebbe essere quello di alimentare il boro in una fornace con substrati d'argento o d'oro in un processo chiamato deposizione chimica da vapore, comunemente usato per fare il grafene. Il substrato è importante, Penev ha detto, perché gli atomi devono riversarsi sulla superficie e attaccarsi, ma non troppo forte.

"Devi avere un substrato che non vuole sciogliere il boro, " ha detto. "D'altra parte, vuoi un substrato che non si leghi troppo forte. Dovresti essere in grado di staccare lo strato di boro."

Quindi, come il grafene, questi fogli di boro dello spessore di un atomo potrebbero essere applicati ad altre superfici per test e, in definitiva, per l'uso nelle applicazioni.

Lo studio ha anche calcolato i metodi per creare fogli tramite la saturazione degli atomi di boro sulla superficie dei substrati di boruro, e l'evaporazione di atomi di metallo da boruri metallici che lascia solo gli atomi bersaglio in un foglio.

"Ci sono molte ragioni per cui il boro potrebbe essere interessante, " disse Liù, il primo autore dell'articolo. "Il boro è il vicino del carbonio sulla tavola periodica, con un elettrone in meno, che potrebbe portare molta nuova fisica e chimica, soprattutto su scala nanometrica. Per esempio, Il boro 2-D è più conduttivo del grafene a causa della sua struttura elettronica unica e della disposizione atomica.

"Infatti, il confronto (boro) con il grafene è molto utile, " ha detto. "I metodi di sintesi all'avanguardia per il grafene ci forniscono buoni modelli per esplorare la sintesi del boro 2-D".

Yakobson sta pensando a un passo oltre il lavoro attuale. "Ci sono molti gruppi, a Riso e altrove, lavorando su boro 2-D, " ha detto. "Per apprezzare questo lavoro, devi fare un passo indietro e contrastarlo con il grafene; in un certo senso, la sintesi del grafene è banale.

"Perché? Perché il grafene è un materiale dato da Dio, " ha detto. "Si forma al minimo globale (energia) per gli atomi di carbonio - ci vanno volentieri. Ma il boro è un'altra storia. Non ha una forma planare come minimo globale, il che lo rende un problema davvero sottile. La novità in questo lavoro è che stiamo cercando di indurla con l'inganno a costruire un motivo bidimensionale invece di tre".

La ricerca di materiali 2-D con diverse qualità è calda in questo momento; 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, " Egli ha detto.

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