Nel calore di una fornace, gli atomi di boro si tuffano felicemente in un bagno d'oro. E quando le cose si fanno belle, riaffiorano come agognato borofene.

La scoperta degli scienziati della Rice University, L'Argonne National Laboratory e la Northwestern University sono un passo avanti verso applicazioni pratiche come l'elettronica indossabile o trasparente, sensori plasmonici o accumulo di energia per il materiale bidimensionale con ottima conduttività.

Squadre guidate da Boris Yakobson alla Rice, Nathan Guisinger di Argonne e Mark Hersam della Northwestern hanno entrambi formulato la teoria e poi hanno dimostrato il loro nuovo metodo per far crescere il borofene - la forma spessa di un atomo di boro - su una superficie d'oro.

Hanno scoperto che con calore sufficiente in un vuoto spinto, gli atomi di boro confluiti nella fornace affondano nell'oro stesso. Al raffreddamento, gli atomi di boro riappaiono e formano isole di borofene sulla superficie.

Questo è distinto dalla maggior parte degli altri materiali 2-D realizzati alimentando i gas in una fornace. Nella deposizione chimica da vapore standard, gli atomi si depositano su un substrato e si connettono tra loro. Di solito non scompaiono nel substrato.

La scoperta è stata descritta in un articolo sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

I ricercatori hanno detto che le isole metalliche di borofene sono di circa 1 nanometro quadrato, in media, e mostrano prove di confinamento elettronico, che potrebbe renderli pratici per le applicazioni quantistiche.

Yakobson ha affermato che provare vari substrati potrebbe produrre nuove fasi di borofene con nuove proprietà. "Oro, con un minore trasferimento di carica e un legame più debole, può produrre uno strato più facile da sollevare e utilizzare, anche se questo non è ancora stato raggiunto, " Egli ha detto.

Yakobson ha un track record con il borofene, che non può essere esfoliato da materiali sfusi come il grafene può dalla grafite. Un teorico dei materiali, ha predetto nel 2013 che potrebbe essere fatto del tutto. Un paio di anni dopo, era.

Lui e i suoi colleghi sul nuovo giornale, Hersam e Guisinger, aveva già dimostrato che il borofene cresciuto in modo particolare sull'argento diventa ondulato, che offre interessanti possibilità per l'elettronica indossabile.

"Finora, i substrati con successo dimostrato per la sintesi del borofene seguono da vicino le previsioni teoriche, " disse Yakobson. Argonne lo ha coltivato con successo su argento e rame oltre che sull'oro, mentre l'Accademia cinese delle scienze ha coltivato il borofene sull'alluminio.

Ora, con il loro lavoro sull'oro, hanno combinato teoria ed esperimenti per dimostrare un meccanismo di crescita completamente nuovo per i materiali bidimensionali.

"La sfida resta quella di coltivarlo su un substrato isolante, " ha detto. "Ciò consentirà molti intriganti test sperimentali, dal trasporto di base ai plasmoni alla superconduttività".

I ricercatori hanno scoperto che ci voleva un ordine di grandezza in più di boro per far crescere il borofene sull'oro che sull'argento. Quella fu la loro prima indicazione che il boro stava affondando nell'oro, che ha iniziato a verificarsi a circa 550 gradi Celsius (1, 022 gradi Fahrenheit).

Yakobson ha notato che un basso numero di atomi rimane incorporato nell'oro senza formare una lega, ma gli scienziati hanno già visto segni di quel fenomeno. "Nella crescita del grafene su rame comune, anche gli atomi di carbonio si dissolvono parzialmente e si diffondono attraverso la lamina, senza che si formi una lega specifica, " Egli ha detto.