(Phys.org) -- Wanneer is niets echt iets? Als het leidt tot een onthulling over boor, een element met werelden van onontgonnen potentieel.

Theoretisch fysicus Boris Yakobson en zijn team aan de Rice University hebben een ongebruikelijke benadering gekozen voor het analyseren van de mogelijke configuraties van tweedimensionale platen van boor, zoals deze week gerapporteerd in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

Het behandelen als Zwitserse kaas - waarin de gaten net zo bepalend zijn als de kaas zelf - was het sleutelconcept bij het uitzoeken hoe atoomdunne platen boor eruit zouden kunnen zien. Die lakens, wanneer gerold in een holle buis, of nanobuis, zou een duidelijk voordeel kunnen hebben ten opzichte van koolstofnanobuisjes; boor nanobuisjes zijn altijd van metaal, terwijl de koolstofatomen in nanobuizen kunnen worden gerangschikt om metalen of halfgeleidende nanobuizen te vormen. Deze variatie in atomaire rangschikking - bekend als chiraliteit - is een van de belangrijkste hindernissen voor de verwerking en ontwikkeling van koolstofnanobuisjes.

“Als ik wild droom, Ik denk graag dat boor-nanobuisjes een geweldige energietransporterende kwantumdraad zouden zijn, " zei Yakobson, Rice's Karl F. Hasselmann hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en hoogleraar scheikunde. “Het zou de voordelen van koolstof hebben, maar zonder de uitdaging om een ​​bepaalde symmetrie te selecteren.”

Een boorrooster, zelfs in slechts twee dimensies, kan een reeks configuraties hebben, zei Yakobson. Volledig verpakt, het is een laag atomen gerangschikt in driehoeken. Dat is een uiterste. Maar haal een atoom eruit, en wat het middelpunt van zes driehoeken was, wordt een zeshoek. Haal al die mogelijke atomen eruit en het blad ziet er precies uit als grafeen, de tweedimensionale, een enkele atoom dikke vorm van koolstof die het afgelopen decennium een ​​ware rage is geweest in de wereld van de chemie en materiaalwetenschap.

Tussen die twee uitersten bevinden zich duizenden mogelijke vormen van puur boor waarin ontbrekende atomen patronen van zeshoekige gaten achterlaten.

“Koolstof is goed gedefinieerd, " zei Yakobson, wiens theorieën zich richten op de interacties die tussen atomen spelen terwijl ze zich hechten en breken. "Elke afwijking in de hexagonale vorm van grafeen is wat we een defect noemen, wat een negatieve connotatie heeft.

"Maar we ontdekken dat er een rijke variëteit is in tweedimensionaal boor, ' zei hij. "Het is allemaal gezuiverd - er is hier geen niet-borium, ook al zijn er vacatures, lege plekken. Het verbazingwekkende is dat de natuur het liever zo heeft; niet zeshoekig, waar elke derde positie een atoom mist, en niet een driehoekig rooster. Het optimum ligt precies in het midden.”

In die meest stabiele middenweg, de onderzoekers ontdekten dat 10 tot 15 procent van de booratomen in een rooster ontbrak, het achterlaten van "leegstandconcentraties" in verschillende patronen.

Yakobson zei dat het gebruik van traditionele rekenmethoden om duizenden boorconfiguraties te beoordelen te veel zou hebben gekost en te lang zou duren. Dus pasten hij en Rice-onderzoeker Evgeni Penev clusterexpansie toe, een berekeningsmethode die vaker wordt toegepast op legeringen.

"Evgeni gaf er een draai aan:hij behandelde de lege ruimtes als het tweede legeringsingrediënt, op dezelfde manier kun je geen Zwitserse kaas hebben zonder 'gelegeerde' holtes en echte kaas. Bij deze berekening is de gaten zijn gelijk, fysieke entiteit.”

Met ruimte als pseudo-legering, de onderzoekers vonden een reeks vormingsenergieën die men zou kunnen gebruiken om stabiele boorplaten met bepaalde leegstandconcentraties te identificeren. Ze ontdekten ook dat gesynthetiseerde boorlagen waarschijnlijk polymorf zouden zijn:elk vel kan een wirwar van patronen bevatten en toch als puur boor worden beschouwd.

“Polymorf betekent dat al deze mogelijkheden vrijwel gelijk zijn, en even waarschijnlijk vormen, ' zei Yakobson.

“Dit is een klein onderdeel van de fundamentele fysica, ' zei Penev. “De volgende stap is nadenken over meer praktische zaken, zoals of het kan worden gesynthetiseerd en onder welke voorwaarden.”

Yakobson, die in 2007 voor het eerst theoretiseerde over de mogelijkheid van een 80-atoom borium "buckyball, ” zei dat hoewel boor moeilijk is om mee te werken, die moeilijkheid maakt het meer de moeite waard. “Aan de ene kant het is erg moeilijk om een ​​mogelijkheid te bedenken of om experimenteel bewijs te krijgen. Anderzijds, het veld is niet zo druk als grafeen.”

Co-auteurs van het artikel zijn Rice postdoctorale onderzoekers Somnath Bhowmick en Arta Sadrzadeh.