Het zou verschrikkelijk zijn als laboratoria die ernaar streven grafeen te kweken uit koolstofatomen zouden blijven eindigen met grote vervelende diamanten.

"Dat zou een probleem zijn, de diamanten opruimen zodat je echt werk kunt doen, " zei Boris Yakobson, theoretisch fysicus van Rice University, grinnikend om het absurde beeld.

Toch gebeurt zoiets nog steeds met experimentatoren die werken aan het kweken van tweedimensionaal boor. Booratomen hebben een sterke voorkeur om samen te klonteren tot driedimensionale vormen in plaats van te assembleren tot ongerepte enkelvoudige platen, zoals koolstof doet wanneer het grafeen wordt. En boorklontjes zijn lang niet zo sprankelend.

Yakobson en zijn Rice-collega's hebben vooruitgang geboekt in de richting van 2-D-borium door theoretisch werk dat de meest praktische manieren suggereert om het materiaal te maken en aan het werk te zetten. Eerdere berekeningen van de groep gaven aan dat 2-D born elektriciteit beter zou geleiden dan grafeen.

Door eerste-principe berekeningen van de interactie van booratomen met verschillende substraten, het team kwam met verschillende mogelijke paden die experimentatoren kunnen nemen in de richting van 2D-borium. Yakobson denkt dat het werk de weg kan wijzen naar andere bruikbare tweedimensionale materialen.

De resultaten van het Rice-team verschijnen deze week in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie . Rice afgestudeerde student Yuanyue Liu en onderzoekswetenschapper Evgeni Penev zijn co-auteurs van het artikel.

Yakobson's lab voor het eerst gerapporteerd in a Nano-letters papier van vorig jaar dat, in tegenstelling tot grafeen, 2-D boor gerold in een nanobuis zou altijd van metaal zijn. Ook in tegenstelling tot grafeen, de atomaire rangschikking kan veranderen zonder de aard van het materiaal te veranderen. In plaats van het gestage rij-en-bestand van zeshoeken in een perfecte grafeenplaat, 2-D boor bestaat uit driehoeken. Maar boor kan vacatures hebben - ontbrekende atomen - zonder de eigenschappen ervan aan te tasten.

Dat is de theorie. Het probleem dat overblijft, is hoe je het spul moet maken.

"We zijn, misschien, zo dichtbij, "Zei Penev. "Hier hebben we een materiaal bedacht dat lijkt op grafeen, maar is altijd geleidend, ongeacht de vorm. Wat we nu doen, is verschillende mogelijkheden onderzoeken om onze theorieën te verbinden met de realiteit."

De beste methode, zij berekenden, zou kunnen zijn om boor in een oven te voeren met zilver- of goudsubstraten in een proces dat chemische dampafzetting wordt genoemd, vaak gebruikt om grafeen te maken. De ondergrond is belangrijk, Penev zei, omdat de atomen op het oppervlak moeten morsen en blijven plakken, maar niet te sterk.

"Je moet een substraat hebben dat boor niet wil oplossen, "zei hij. "Aan de andere kant, u wilt een substraat dat niet te sterk bindt. Je zou de boorlaag moeten kunnen losmaken."

Vervolgens, zoals grafeen, deze atoomdikke boorplaten zouden op andere oppervlakken kunnen worden aangebracht om te testen en, uiteindelijk, voor gebruik in toepassingen.

De studie berekende ook methoden voor het maken van platen via verzadiging van booratomen op het oppervlak van boridesubstraten, en de verdamping van metaalatomen uit metaalboriden die alleen de doelatomen in een vel achterlaten.

"Er zijn veel redenen waarom borium interessant zou kunnen zijn, " zei Liu, de eerste auteur van de krant. "Boor is de buurman van koolstof op het periodiek systeem, met een elektron minder, wat veel nieuwe natuurkunde en scheikunde zou kunnen opleveren, vooral op nanoschaal. Bijvoorbeeld, 2-D boor is meer geleidend dan grafeen vanwege zijn unieke elektronische structuur en atomaire rangschikking.

"In feite, het vergelijken van (boor) met grafeen is zeer nuttig, " zei hij. "De state-of-art synthesemethoden voor grafeen bieden ons goede sjablonen om 2-D boorsynthese te onderzoeken."

Yakobson denkt een stap verder dan het huidige werk. "Er zijn veel groepen, in Rice en elders, werken aan 2D-borium, " zei hij. "Om dit werk te waarderen, je moet een stapje terug doen en het contrasteren met grafeen; In zekere zin, de synthese van grafeen is triviaal.

"Waarom? Omdat grafeen een door God gegeven materiaal is, " zei hij. "Het vormt op het wereldwijde minimum (energie) voor koolstofatomen - ze gaan daar graag heen. Maar boor is een ander verhaal. Het heeft geen vlakke vorm als globaal minimum, wat het een heel subtiel probleem maakt. The novelty in this work is that we're trying to trick it into building a two-dimensional motif instead of three."

The search for 2-D materials with varying qualities is hot right now; another new paper from Rice on a hybrid graphene-hexagonal boron nitride shows the need for a 2-D semiconductor to complement the material's conducting and insulating elements.

Yakobson hopes his study serves as a guideline for practical routes to other novel materials. "Now that there is a growing interest in a variety of 2-D materials, this may be a template, " hij zei.

Yakobson is Rice's Karl F. Hasselmann Professor of Mechanical Engineering and Materials Science and professor of chemistry.