In de hitte van een oven, booratomen duiken vrolijk in een bad van goud. En als de dingen cool worden, ze duiken weer op als het begeerde borofeen.

De ontdekking door wetenschappers van Rice University, Argonne National Laboratory en Northwestern University is een stap in de richting van praktische toepassingen zoals draagbare of transparante elektronica, plasmonische sensoren of energieopslag voor het tweedimensionale materiaal met uitstekende geleidbaarheid.

Teams onder leiding van Boris Yakobson bij Rice, Nathan Guisinger van Argonne en Mark Hersam van Northwestern vormden beiden de theorie voor en demonstreerden vervolgens hun nieuwe methode om borofeen - de atoomdikke vorm van boor - op een gouden oppervlak te laten groeien.

Ze ontdekten dat met voldoende warmte in een hoog vacuüm, booratomen die in de oven stroomden, zinken in het goud zelf. Bij afkoeling, de booratomen verschijnen weer en vormen eilanden van borofeen op het oppervlak.

Dit verschilt van de meeste andere 2D-materialen die worden gemaakt door gassen in een oven te voeren. Bij standaard chemische dampafzetting, de atomen bezinken op een substraat en verbinden zich met elkaar. Ze verdwijnen meestal niet in het substraat.

De ontdekking werd beschreven in een artikel in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

De onderzoekers zeiden dat de metalen borofeeneilanden ongeveer 1 nanometer in het vierkant zijn, gemiddeld, en bewijs tonen van elektronenopsluiting, wat ze praktisch zou kunnen maken voor kwantumtoepassingen.

Yakobson zei dat het proberen van verschillende substraten nieuwe fasen van borofeen met nieuwe eigenschappen zou kunnen opleveren. "Goud, met een mindere ladingsoverdracht en zwakkere hechting, kan een laag opleveren die gemakkelijker op te tillen en te gebruiken is, hoewel dit nog niet is bereikt, " hij zei.

Yakobson heeft een trackrecord met borofeen, die niet kunnen worden geëxfolieerd van bulkmaterialen zoals grafeen van grafiet. Een materiaaltheoreticus, hij voorspelde in 2013 dat het überhaupt zou kunnen worden gemaakt. Een paar jaar later, het was.

Hij en zijn collega's op de nieuwe krant, Hersam en Guisinger, had al aangetoond dat borofeen dat op een bepaalde manier op zilver wordt gekweekt, golvend wordt, wat het interessante mogelijkheden biedt voor draagbare elektronica.

"Tot dusver, de substraten met aangetoond succes voor borofeensynthese volgen nauw de theoretische voorspellingen, " zei Yakobson. Argonne heeft het met succes gekweekt op zilver en koper, evenals op goud, terwijl de Chinese Academie van Wetenschappen borofeen op aluminium heeft gekweekt.

Nutsvoorzieningen, met hun werk aan goud, ze hebben theorie en experimenten gecombineerd om een ​​geheel nieuw groeimechanisme voor tweedimensionale materialen aan te tonen.

"De uitdaging blijft om het te telen op een isolerend substraat, " zei hij. "Dat zal veel intrigerende experimentele tests mogelijk maken, van basistransport tot plasmonen tot supergeleiding."

De onderzoekers ontdekten dat er een orde van grootte meer boor nodig was om borofeen op goud te laten groeien dan voor zilver. Dat was hun eerste aanwijzing dat boor in het goud wegzakte, die begon te gebeuren bij ongeveer 550 graden Celsius (1, 022 graden Fahrenheit).

Yakobson merkte op dat een laag aantal atomen in het goud ingebed blijft zonder een legering te vormen, maar wetenschappers hebben eerder tekenen van dat fenomeen gezien. "In grafeengroei op gewoon koper, koolstofatomen lossen ook gedeeltelijk op en diffunderen door de folie, zonder dat een specifieke legering wordt gevormd, " hij zei.