(Phys.org) — Boor, het naburige element koolstof op het periodiek systeem, heeft chemische eigenschappen die het een verleidelijke kandidaat maken voor tweedimensionale, geleidend, atomair homogene substraten vergelijkbaar met grafeen. Driedimensionaal bulkboor is niet-metaalachtig en wordt gebruikt in de halfgeleiderchemie. Echter, theoretische studies en eerder werk bij het isoleren van tweedimensionaal boor tonen aan dat tweedimensionaal boor metallische eigenschappen zou moeten hebben. Daten, slechts één tweedimensionale boorallotroop is geïdentificeerd.

Onderzoekers van het Institute of Physics van de Chinese Academy of Sciences en het Collaborative Innovation Center of Quantum Matter in China hebben twee nieuwe soorten boorplaten geïdentificeerd die ze op een Ag(111)-oppervlak groeiden. De platen zijn stabiel, relatief inert voor oxidatie, en losjes binden aan het zilveren substraat, waardoor deze "borofeen"-platen uitstekende kandidaten zijn voor verder onderzoek naar op boor gebaseerde elektronische apparaten. Dit werk verschijnt in Natuurchemie .

Met behulp van moleculaire bundelepitaxie om boor op een zilversubstraat te deponeren, Baojie Feng, Jin Zhang, Qing Zhong, Wenbin Li, Shuai Li, Hui Li, Peng Cheng, Sheng Meng, Lan Chen, en Kehui Wu rapporteren de vorming van twee structureel verschillende boorplaten. Beide bestaan ​​uit een driehoekig boorrooster, maar de zeshoekige gaten zijn anders gerangschikt in de twee vellen. Deze bladen volgen theoretische voorspellingen die B ₃₆ eenheden moeten een driehoekig rooster hebben met een zeshoekig gat in het midden.

De boorplaten werden gekweekt op een enkel kristal van Ag(111) in hoog vacuüm met gebruikmaking van directe verdamping van zuiver boor. Scanning tunneling microscopie studies onthulden twee verschillende fasen die werden waargenomen als de temperatuur toenam. De eerste fase, gelabeld S1, werd waargenomen bij temperaturen boven 570K en komt overeen met theoretische β ₁₂ bladen. De tweede fase, gelabeld S2, werd waargenomen bij temperaturen boven 650K en komt overeen met theoretische χ ₃ bladen. Bij hogere temperaturen, het grootste deel van de S1-fase wordt omgezet in S2. Beide verschijnen als eenlagige eilanden van parallelle boronfeenstrepen met parallelle rijen of uitsteeksels.

Elektronenladingsanalyse bevestigt de locaties van booratomen op het zilveroppervlak en booratoomdichtheidsonderzoeken leverden verder bewijs voor de vorming van β ₁₂ en ₃ bladen. De atomaire dichtheid voor de S1-fase bleek 33,6 +/- 2,0 nm . te zijn ^-2 , wat heel dicht bij theoretisch ligt ₁₂ waarde van 34,48 nm ^-2 . De boordichtheid veranderde niet voor de S2-fase die indicatief is voor de χ ₃ structuur, met een voorspelde atoomdichtheid van 31,3 nm ^-2 .

Met behulp van XPS-onderzoeken, Feng, et al. ontdekte dat de boorplaten relatief stabiel zijn, vooral binnen de borofeen-eilanden. De randen van de eilanden hadden de neiging om te oxideren, terwijl het centrum relatief onveranderd bleef. Dit bleef het geval, zelfs na onderwerping van de platen aan hoge concentraties zuurstofgas.

β ₁₂ en ₃ platen waren niet noodzakelijk de borofeenplaten met de laagste energie die de modellen hadden voorspeld. In een poging om te begrijpen waarom deze structuren werden waargenomen boven de voorspelde energetisch minimale toestand, Feng, et al. voerde energievormingsstudies uit en ontdekte dat interactie met het zilveren oppervlak de vorming van de β ₁₂ en ₃ platen thermodynamisch gunstig.

Echter, ook al is het zilveren oppervlak belangrijk voor de vorming van de platen, de interactie tussen de boorplaat en het Ag(111)-oppervlak is niet erg sterk. Meerdere factoren, inclusief adhesie-energieberekeningen, de afstand tussen de boorplaat en het substraat, en de kleine ladingsoverdracht tussen het substraat en de boorplaat, geven aan dat de boorplaten overwegend via de randen aan het oppervlak zijn gebonden. Dit betekent dat de borofeenplaten kunnen worden gescheiden van het zilveren oppervlak, vergelijkbaar met grafeen.

Verschillende recente publicaties hebben een grotere belangstelling voor deze borofeenvellen afgewezen. Theoretisch werk van onderzoekers van de Rice University in Houston en onderzoekers van de Ningbo University in China ondersteunt de structurele modellen die in dit onderzoekspaper worden voorgesteld, en suggereren dat deze twee borofeenplaten waarschijnlijk supergeleidend zijn bij temperaturen rond 10K. Deze vellen in deze studie zijn relatief stabiel en losjes gebonden aan het zilveren oppervlak, eigenschappen die ze goede kandidaten maken voor eventueel praktisch gebruik voor op boor gebaseerde elektronische apparaten.

© 2016 Fys.org