Le borophène aura peut-être fini de séduire les scientifiques des matériaux et de commencer à servir leurs ambitions, si une nouvelle approche des chercheurs de l’Université Rice peut être mise en pratique.



Le théoricien des matériaux Boris Yakobson de la George R. Brown School of Engineering de Rice et son groupe suggèrent une méthode pour synthétiser le borophène, la variation 2D du bore, d’une manière qui pourrait le rendre as well as facile à libérer ou à manipuler.

Selon l’article du groupe dans la revue ACS Nano de l’American Chemical Modern society, cela impliquerait de cultiver le matériau exotique sur du nitrure de bore hexagonal (hBN), un isolant, plutôt que sur les surfaces métalliques plus traditionnelles généralement utilisées dans l’épitaxie par faisceau moléculaire (MBE).



Les forces de van der Waals plus faibles entre le borophène en croissance et le hBN relativement inerte chimiquement faciliteraient l’élimination du matériau du substrat à utiliser dans les purposes. Cela faciliterait également l’expérimentation sur ses propriétés électroniques, ce qui pourrait intéresser ceux qui étudient la supraconductivité.

L’équipe Yakobson, comprenant l’auteur principal et étudiant diplômé Qiyuan Ruan et les co-auteurs Luqing Wang, un ancien élève de Rice, et la chercheuse Ksenia Bets, ont calculé les énergies au niveau atomique du borophène et du hBN. Ils ont découvert que le substrat hBN à paliers et à plateaux encourageait les atomes de bore flottant dans la chambre MBE à se poser, provoquant une croissance.

Parce que le hBN, comme le graphène, a un réseau hexagonal semblable à du fil de poulet, son arrangement atomique a également permis la croissance épitaxiale des bords du nouveau cristal se formant à sa surface. En épitaxie, la croissance du nouveau matériau est dictée dans une certaine mesure par le réseau ci-dessous. Dans ce cas, cette croissance se produit plutôt sur le côté surélevé du plateau.

En particulier, les calculs ab initio précis ont montré que les atomes de bore ont une  » haute affinité  » pour les étapes hBN et leurs bords en zigzag, contournant la barrière à la nucléation présentée par tout autre emplacement sur le substrat. Cela permet à la croissance du cristal de commencer sur une foundation solide.

« Les étapes sur une floor sont des entités unidimensionnelles et l’affinité du bore avec les étapes permet la nucléation 1D, qui est connue pour ne posséder aucune barrière thermodynamique », a déclaré Bets. « C’est un brise-glace, automobile la nucléation se produit presque sans barrière et s’étend ensuite dans le borophène 2D souhaité. »

Ruan a noté qu’après avoir examiné l’idée d’un place de vue physico-chimique, la partie difficile a commencé. « La partie la as well as laborieuse était de présenter toutes les valeurs et arguments quantitatifs avec la plus grande précision », a-t-il déclaré. « Pour nos grandes structures, cela implique d’utiliser des méthodes de calcul assez coûteuses et chronophages. »

Le mécanisme de croissance a suggéré que les chercheurs examinent également le graphène populaire comme substrat. Leurs calculs ont montré que l’énergie de réseau inhérente au graphène piégerait les atomes de bore ou les dimères à la area et les empêcherait de nucléer le borophène.

Yakobson a une solide histoire de prédiction de ce que les atomes de bore pourraient faire, puis de regarder les laboratoires relever le défi avec succès. Il n’espère pas moins avec la dernière théorie.

« Le processus semble très logique et cette manière semble convaincante, et nous espérons que les expérimentateurs du monde entier l’essaieront, comme cela s’est d’ailleurs produit avec notre proposition précédente de synthèse sur les métaux », a-t-il déclaré. « Nous sommes optimistes mais croisons les doigts. Un heureux hasard dans le laboratoire implique généralement une challenge heureuse, mais aussi une shock, peut-être un obstacle non attendu ou souhaité. »

Yakobson est professeur Karl F. Hasselmann de science des matériaux et de nano-ingénierie et professeur de chimie à Rice. Le département américain de l’Énergie, des sciences fondamentales de l’énergie (DE-SC0012547) et la Fondation Robert Welch (C-1590) ont soutenu la recherche.