(Phys.org) —Het National Nanotechnology Initiative definieert nanotechnologie als het begrijpen en beheersen van materie op nanoschaal, bij afmetingen van ongeveer 1 en 100 nanometer, waar unieke fenomenen nieuwe toepassingen mogelijk maken. Nanotechnologie verovert de wereld stormenderhand een revolutie teweegbrengen in de materialen en apparaten die in veel toepassingen en producten worden gebruikt. Dat is de reden waarom een ​​bevinding aangekondigd door Xiang-Feng Zhou en Artem R. Oganov, Groep Theoretische Kristallografie in het Departement Geowetenschappen, zijn zo belangrijk.

De krant, "Semimetalen tweedimensionale boorallotroop met massaloze Dirac-fermionen, " werd gepubliceerd op 27 februari in Fysieke beoordelingsbrieven . De hoofdauteur is Oganovs postdoc bij Stony Brook, Xiang Feng Zhou, die ook een universitair hoofddocent is aan de Nankai University in Tianjin, China.

"Boor is in veel opzichten een analoog van koolstof, " zegt Xiang-Feng. "De nanostructuren - nanodeeltjes, nanobuisjes, en tweedimensionale structuren - hebben veel belangstelling gewekt in de hoop te repliceren, of zelfs overtreffen, de unieke eigenschappen en diversiteit van koolstofnanostructuren. We ontdekten de structuur van tweedimensionale boorkristallen, die relevant is voor elektronische toepassingen en voor het begrijpen van boor-nanostructuren. Onze bevindingen doen de aannames en voorspellingen van talrijke eerdere onderzoeken teniet."

Eerder werk had geconcludeerd dat tweedimensionaal boor de geometrie van platte alfavellen (structuren bestaande uit driehoekige en zeshoekige atoompatronen) of hun analogen zal aannemen. Deze bevindingen werden gebruikt om boor nanobuisjes en nanodeeltjes met unieke eigenschappen te construeren, zoals hoge mechanische sterkte en afstembare elektronische geleidbaarheid.

"We ontdekten dat het alfablad enorm onstabiel is, dit doet twijfel rijzen over eerdere modellen van boor-nanostructuren, " zegt Oganov. "In het bijzonder, we ontdekten dat platte monolaagstructuren van boor extreem onstabiel zijn, en de eigenlijke structuren hebben een eindige dikte. Dit resultaat zal waarschijnlijk leiden tot een herziening van structurele modellen van boor-nanodeeltjes en nanobuisjes. Vooral, het is mogelijk dat holle, fullereen-achtige structuren zullen onstabiel zijn voor boor."

Oganov zegt dat de nieuw ontdekte tweedimensionale boorstructuur eigenschappen bezit die superieur zijn aan die van grafeen. "Binnen de 2D-boriumstructuur, elektronen reizen met snelheden die vergelijkbaar zijn met de lichtsnelheid, en gedragen zich alsof ze massaloos waren; in sommige richtingen, de elektronen reizen sneller dan in grafeen. Dit kan zeer voordelig zijn voor toekomstige elektronische apparaten."

Hoewel snelheid niet afhankelijk is van richting in grafeen, de nieuwe boorstructuur vertoont richtingsafhankelijkheid. In de langzaamste richting, de verkiezingen reizen 38% langzamer in boor dan in grafeen. Maar in de loodrechte richting, de verkiezingen reizen 34% sneller in borium. Dit is de eigenschap die van waarde kan zijn voor elektronische toepassingen.

De bevindingen werden mogelijk gemaakt door de structuurvoorspellingscode USPEX (Universal Structure Predictor:Evolutionary Xrystallography) die is ontwikkeld door Oganov en zijn laboratorium. USPEX trouwt met een krachtige, globaal optimalisatie-algoritme met kwantummechanica en wordt gebruikt door meer dan 1600 wetenschappers over de hele wereld.

De onderzoekers zijn vervolgens van plan om de structuur van boor-nanodeeltjes te onderzoeken; zij zijn van mening dat eerdere conclusies in het veld opnieuw moeten worden beoordeeld. Zoals alle degelijk wetenschappelijk onderzoek, Xiang-Feng zegt, "Dit werk roept meer vragen op dan antwoorden. Hoe bereiden we experimenteel de tweedimensionale structuren van boor voor, gezien de hoge chemische reactiviteit van het element? Terwijl eerdere structurele modellen onjuist waren, hoe beïnvloedt dit de structuren van boor nanodeeltjes en nanobuisjes, en hun elektronische eigenschappen? Dit onderzoek vormt de basis voor een nieuwe golf van onderzoeken naar de fysica en chemie van op boor gebaseerde materialen en bevestigt de kracht van de USPEX-methode."