Bijna een jaar geleden, borofeen bestond niet eens.

Nutsvoorzieningen, slechts enkele maanden nadat een team van de Northwestern University en het Argonne National Laboratory het materiaal ontdekten, een ander team onder leiding van Mark Hersam maakt al vorderingen om de gecompliceerde chemie ervan te begrijpen en het elektronische potentieel ervan te realiseren.

Gemaakt in december 2015, borofeen is een tweedimensionaal, metaalblad van boor, het element dat veel wordt gebruikt in glasvezel. Hoewel borofeen veelbelovend is voor mogelijke toepassingen, variërend van elektronica tot fotovoltaïsche deze toepassingen kunnen niet worden bereikt totdat borofeen is geïntegreerd met andere materialen. Nu is het team van Hersam - en een beetje serendipiteit - erin geslaagd deze integratie tot stand te brengen.

"Geïntegreerde circuits vormen het hart van al onze computers, tabletten, en smartphones, '" zei Hersam, Walter P. Murphy Hoogleraar Materials Science and Engineering aan de McCormick School of Engineering van de Northwestern University. "Integratie is het belangrijkste element dat de vooruitgang in elektronische technologie heeft gestimuleerd."

Ondersteund door het Office for Naval Research en de National Science Foundation, het onderzoek verscheen op 22 februari online in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang . Erik Luijten, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Northwestern University, co-auteur van het artikel. Xiaolong Liu, een student in het Applied Physics Graduate Program van Northwestern, is de eerste auteur van de krant.

Omdat borofeen niet in de natuur voorkomt, wetenschappers moeten het in het laboratorium laten groeien door het op een vel zilver te synthetiseren. Het team van Hersam deponeerde een organisch materiaal (peryleen-3, 4, 9, 10-tetracarbonzuurdianhydride) bovenop het borofeen, in een poging om de twee materialen te integreren. Wat er daarna gebeurde was een verrassing. Het organische materiaal, waarvan bekend is dat het zichzelf assembleert op vrijwel elk materiaal, diffundeerde in plaats daarvan van het borofeen en op het zilveren vel.

Het resultaat was een zelf-geassembleerde monolaag van het organische materiaal direct naast het borofeen, vormen een bijna perfecte interface. Goed gecontroleerde interfaces tussen verschillende materialen maken geïntegreerde apparaten mogelijk, inclusief diodes en fotovoltaïsche energie. De verrassende techniek van Hersam ging voorbij aan de typische uitdaging om een ​​scherpe interface te creëren:materialen laten aanraken maar niet mengen.

"Dit is een mooi stukje serendipiteit omdat we een probleem hebben opgelost zonder dat er extra tussenkomst nodig was, "Zei Hersam. "Borofeen bestond een jaar geleden nog niet. Twaalf maanden later, we vormen al in wezen perfecte interfaces."

Niet alleen vormt de bevinding van Hersam het toneel voor het verkennen van elektronische toepassingen voor borofeen, het belicht ook de fundamentele eigenschappen van het nieuwe materiaal. De volgende uitdaging is om borofeen van zilver te verplaatsen naar een inert substraat dat zijn elektronische eigenschappen niet verstoort.

"Borofeen is uniek in zijn vermogen om abrupte interfaces te vormen via zelfassemblage, "Zei Hersam. "We beginnen de chemie ervan te begrijpen, die onze inspanningen zal leiden om het materiaal op geschikte substraten over te brengen voor verdere integratie."