Впервые инженеры Северо-Западного университета создали двойной слой атомарно плоского борофена, что противоречит естественной тенденции бора образовывать неплоские кластеры, выходящие за пределы одноатомного слоя.
Несмотря на то, что борофен известен своими многообещающими электронными свойствами, его трудно синтезировать – слой бора толщиной в один атом. В отличие от своего аналога двумерного материала графена, который можно отделить от слоистого графита с помощью чего-то такого простого, как скотч, борофен нельзя просто отделить от объемного бора. Вместо этого борофен необходимо выращивать непосредственно на субстрате.
И если выращивание одного слоя было трудным, то выращивание нескольких слоев атомарно плоского борофена казалось невозможным. Поскольку объемный бор не является слоистым, как графит, увеличение бора за пределами отдельных атомных слоев приводит к кластеризации, а не к планарным пленкам.
Пять лет назад учёные впервые создали борофен. Более прочный, легкий и гибкий, чем графен, борофен обладает потенциалом революционизировать батареи, электронику, датчики, солнечные элементы и квантовые вычисления. Хотя теоретические исследования предсказывали, что двойной слой борофена возможен, многие исследователи не были в этом убеждены.
“Создать новый материал сложно, даже когда теоретическая работа предсказывает его существование”, — сказал Херсам. “Теория редко говорит вам о синтетических условиях, необходимых для достижения этой новой структуры”.
Команда Херсама обнаружила, что ключом к правильным условиям был субстрат, используемый для выращивания материала. В ходе исследования Херсам и его коллеги выращивали борофен на плоской серебристой подложке. При воздействии очень высоких температур серебро сгущалось, образуя исключительно плоские, большие террасы между сгустками ступеней атомного масштаба.
Двухслойный материал сохранил все желаемые электронные свойства борофена, предлагая при этом новые преимущества. Например, материал состоит из двух листов толщиной в атомарный слой, соединенных вместе с пространством между ними, которые могут быть использованы для хранения энергии или химических веществ.
Команда Херсама надеется, что теперь другие исследователи вдохновятся продолжением выращивания еще более толстых слоев борофена или созданием двойных слоев с различной атомной геометрией.
“Алмазы, графит, графен и углеродные нанотрубки основаны на одном элементе (углероде) с различной геометрией”, — сказал Херсам. “Бор, по-видимому, так же богат своими возможностями, если не больше, чем углерод. Мы считаем, что мы все еще находимся в первых главах двумерной саги о боре”.
Исследование будет опубликовано в журнале Nature Materials.
