Il grafene può provenire dalla grafite. Ma il borofene? Non esiste una cosa come la borite.

A differenza del suo cugino in carbonio, il borofene bidimensionale non può essere ridotto da una forma naturale più grande. Il boro sfuso si trova solitamente solo in combinazione con altri elementi, e certamente non è stratificato, quindi il borofene deve essere fatto dagli atomi in su. Anche allora, il borofene che ottieni potrebbe non essere quello di cui hai bisogno.

Per tale motivo, i ricercatori delle università Rice e Northwestern hanno sviluppato un metodo per visualizzare i cristalli di borofene 2-D, che possono avere molte configurazioni reticolari, chiamate polimorfi, che a loro volta ne determinano le caratteristiche.

Sapere come ottenere polimorfismi specifici potrebbe aiutare i produttori a incorporare il borofene con elettronica desiderabile, termico, proprietà ottiche e altre proprietà fisiche nei prodotti.

Boris Yakobson, un fisico dei materiali presso la Brown School of Engineering di Rice, e lo scienziato dei materiali Mark Hersam della Northwestern ha guidato un team che non solo ha scoperto come vedere le strutture su nanoscala dei reticoli di borofene, ma ha anche costruito modelli teorici che hanno aiutato a caratterizzare le forme cristalline.

I loro risultati sono pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Il borofene rimane difficile da produrre anche in piccole quantità. Se e quando può essere ampliato, i produttori probabilmente vorranno perfezionarlo per le applicazioni. Ciò che i team di Rice e Northwestern hanno appreso aiuterà in questo senso.

Il grafene assume un'unica forma:una serie di esagoni, come il filo di pollo, ma il borofene perfetto è una griglia di triangoli. Però, il borofene è un polimorfo, un materiale che può avere più di una struttura cristallina. I posti vacanti che lasciano modelli di "esagoni cavi" in un reticolo di borofene determinano le sue proprietà fisiche ed elettriche.

Yakobson ha detto che teoricamente potrebbero essere più di 1, 000 forme di borofene, ciascuno con caratteristiche uniche.

"Ha molti possibili schemi e reti di atomi che sono collegati nel reticolo, " Egli ha detto.

Il progetto è iniziato presso il laboratorio Northwestern di Hersam, dove i ricercatori hanno modificato la punta smussata di un microscopio a forza atomica con una punta affilata di atomi di carbonio e ossigeno. Ciò ha dato loro la capacità di scansionare un fiocco di borofene per rilevare gli elettroni che corrispondono ai legami covalenti tra gli atomi di boro. Hanno usato un microscopio a scansione a effetto tunnel modificato in modo simile per trovare esagoni cavi in ​​cui un atomo di boro era scomparso.

La scansione dei fiocchi cresciuti su substrati d'argento a varie temperature tramite epitassia a fascio molecolare ha mostrato loro una gamma di strutture cristalline, poiché le mutevoli condizioni di crescita hanno alterato il reticolo.

"La microscopia moderna è molto sofisticata, ma il risultato è Sfortunatamente, che l'immagine che si ottiene è generalmente difficile da interpretare, " Yakobson ha detto. "Cioè, è difficile dire che un'immagine corrisponda a un particolare reticolo atomico. È tutt'altro che ovvio, ma è qui che entrano in gioco la teoria e le simulazioni."

Il team di Yakobson ha utilizzato simulazioni del primo principio per determinare il motivo per cui il borofene ha assunto particolari strutture in base al calcolo delle energie interagenti sia del boro che degli atomi del substrato. I loro modelli corrispondevano a molte delle immagini di borofene prodotte alla Northwestern.

"Abbiamo appreso dalle simulazioni che il grado di trasferimento di carica dal substrato metallico al borofene è importante, " ha detto. "Quanto di questo sta accadendo, da niente a molto, può fare la differenza".

I ricercatori hanno confermato attraverso la loro analisi che anche il borofene non è un film epitassiale. In altre parole, la disposizione atomica del substrato non determina la disposizione o l'angolo di rotazione del borofene.

Il team ha prodotto un diagramma di fase che illustra come è probabile che il borofene si formi a determinate temperature e su una varietà di substrati, e hanno notato che i loro progressi nella microscopia saranno preziosi per trovare le strutture atomiche dei materiali bidimensionali emergenti.

Guardando al futuro, Hersam ha detto, "Lo sviluppo di metodi per caratterizzare e controllare la struttura atomica del borofene è un passo importante verso la realizzazione delle numerose applicazioni proposte di questo materiale, che spaziano dall'elettronica flessibile agli argomenti emergenti nelle scienze dell'informazione quantistica".