Aspettare, là, grafene. Potresti pensare di essere il nuovo nanomateriale più interessante del secolo, ma il boro potrebbe già averti battuto, secondo gli scienziati della Rice University.

Un team di Rice che ha simulato forme unidimensionali di boro, sia nastri larghi due atomi che catene di un singolo atomo, ha scoperto che possiedono proprietà uniche. I nuovi risultati appaiono questa settimana in Giornale della Società Chimica Americana .

Per esempio, se si allungano nastri metallici di boro, si trasformano in catene semiconduttrici antiferromagnetiche, e una volta rilasciati si ripiegano in nastri.

I materiali 1-D boro hanno anche una rigidità meccanica alla pari con i nanomateriali conosciuti più performanti.

E possono agire come su scala nanometrica, molle a forza costante.

I laboratori sperimentali stanno facendo progressi nella sintesi di boro sottile come un atomo e di tipo fullerene, che ha portato il ricercatore di Rice Boris Yakobson a pensare che anche il boro 1-D potrebbe diventare reale.

Il laboratorio di Yakobson crea simulazioni al computer a livello di atomo di materiali che non necessariamente esistono ancora. Simulare e testare le loro proprietà energetiche aiuta a guidare gli sperimentali che lavorano per creare materiali del mondo reale. catene di atomi di carbonio note come carbyne, boro fullereni e film bidimensionali chiamati borofene, tutto predetto dal gruppo Rice, da allora sono stati creati dai laboratori.

"Il nostro lavoro sul carbyne e con il boro planare ci ha fatto pensare che anche una catena unidimensionale di atomi di boro sia una struttura possibile e intrigante, " Yakobson ha detto. "Volevamo sapere se è stabile e quali sarebbero le proprietà. È qui che i moderni metodi teorico-computazionali sono impressionanti, perché si possono fare valutazioni abbastanza realistiche di strutture inesistenti.

"Anche se non esistono mai, sono ancora importanti poiché stiamo sondando i limiti delle possibilità, una sorta di ultima frontiera, " Egli ha detto.

Il boro unidimensionale forma due fasi ben definite, catene e nastri, che sono collegate da una "transizione di fase reversibile, " nel senso che possono passare da una forma all'altra e viceversa.

Per dimostrare questa interessante chemiomeccanica, i ricercatori hanno usato un computer per "tirare" le estremità di un nastro di boro simulato con 64 atomi. Ciò ha costretto gli atomi a riorganizzarsi in una singola catena simile al carbyne. Nella loro simulazione, i ricercatori hanno lasciato un frammento del nastro per servire da seme, e quando hanno rilasciato la tensione, gli atomi della catena tornarono ordinatamente alla forma del nastro.

"Il boro è molto diverso dal carbonio, " Ha detto Yakobson. "Preferisce formare una doppia fila di atomi, come un traliccio utilizzato nella costruzione di ponti. Questo sembra essere il più stabile, stato di energia più bassa.

"Se lo tiri su, inizia a svolgersi; gli atomi cedono a questo filo monoatomico. E se rilasci la forza, si ripiega, " ha detto. "È abbastanza divertente, strutturalmente, e allo stesso tempo ne modifica le proprietà elettroniche.

"Questo lo rende una combinazione interessante:quando lo allunghi a metà, potresti avere una porzione di nastro e una porzione di catena. Perché uno di loro è di metallo e l'altro è un semiconduttore, questo diventa unidimensionale, giunzione Schottky regolabile." Una giunzione Schottky è una barriera agli elettroni in corrispondenza di una giunzione metallo-semiconduttore ed è comunemente usata nei diodi che consentono alla corrente di fluire in una sola direzione.

Come un nastro, boron is "a true 1-D metal robust to distortion of its crystalline lattice (a property known as Peierls distortion), " the researchers wrote. That truss-like construct gives the material extraordinary stiffness, a measure of its ability to resist deformation from an applied force.

As a chain of atoms, the material is also a strain-tunable, wide-gap antiferromagnetic semiconductor. In an antiferromagnet, the atomic moments—the direction of the atoms' "up" or "down" spin states—align in opposite directions. This coupling of magnetic state and electronic transport may be of great interest to researchers studying spintronics, in which spin states may be manipulated to create high-performance electronic devices. "It may be very useful because instead of charge transport, you can have spin transport. That's considered an important direction for devices that make use of spintronics, " Egli ha detto.

One-dimensional boron's springiness is also interesting, ha detto Yakobson. "It's also a special spring, a constant-force spring, " he said. "The more you stretch a mechanical spring, the more the force goes up. But in the case of 1-D boron, the same force is required until the spring becomes fully stretched. If you keep pulling, it will break. But if you release the force, it completely folds back into a ribbon. It's a mechanically nice structure." That property could be useful in nanoscale sensors to gauge very small forces, Egli ha detto.