Ce serait une chose terrible si les laboratoires s'efforçant de cultiver du graphène à partir d'atomes de carbone continuaient à se retrouver avec de gros diamants embêtants.

"Ce serait un problème, nettoyer les diamants pour pouvoir faire un vrai travail, " a déclaré Boris Yakobson, physicien théoricien de l'Université Rice, gloussant à l'image absurde.

Pourtant, quelque chose comme cela continue d'arriver aux expérimentateurs qui travaillent à la culture du bore en deux dimensions. Les atomes de bore ont une forte préférence pour s'agglomérer en formes tridimensionnelles plutôt que de s'assembler en feuilles d'un seul atome vierges, comme le carbone quand il devient graphène. Et les amas de bore ne sont pas aussi brillants.

Yakobson et ses collègues de Rice ont progressé vers le bore 2D grâce à des travaux théoriques qui suggèrent les moyens les plus pratiques de fabriquer le matériau et de le mettre en œuvre. Des calculs antérieurs du groupe indiquaient que la naissance 2-D conduirait mieux l'électricité que le graphène.

Grâce à des calculs de premier principe de l'interaction des atomes de bore avec divers substrats, l'équipe a proposé plusieurs voies possibles que les expérimentateurs peuvent emprunter vers le bore 2D. Yakobson pense que le travail peut montrer la voie vers d'autres matériaux bidimensionnels utiles.

Les résultats de l'équipe Rice paraissent cette semaine dans le journal Angewandte Chemie Édition Internationale . L'étudiant diplômé de Rice Yuanyue Liu et le chercheur scientifique Evgeni Penev sont les co-auteurs de l'article.

Le laboratoire de Yakobson a signalé pour la première fois dans un Nano lettres papier l'année dernière que contrairement au graphène, Le bore 2-D roulé dans un nanotube serait toujours métallique. Contrairement au graphène, l'arrangement atomique peut changer sans changer la nature du matériau. Au lieu du rang régulier des hexagones dans une feuille de graphène parfaite, Le bore 2-D est constitué de triangles. Mais le bore pourrait avoir des lacunes – des atomes manquants – sans affecter ses propriétés.

C'est la théorie. Le problème qui reste est de savoir comment faire l'étoffe.

"Nous sommes, peut-être, si proche, " a déclaré Penev. " Ici, nous avons conçu un matériau qui ressemble au graphène, mais est toujours conducteur quelle que soit la forme qu'il prend. Ce que nous faisons maintenant, c'est d'explorer différentes possibilités pour connecter nos théories à la réalité."

La meilleure méthode, ils ont calculé, pourrait être d'introduire du bore dans un four avec des substrats d'argent ou d'or dans un processus appelé dépôt chimique en phase vapeur, couramment utilisé pour fabriquer du graphène. Le substrat est important, Penev a dit, parce que les atomes doivent se répandre sur la surface et coller, mais pas trop fort.

"Il faut avoir un substrat qui ne veuille pas dissoudre le bore, " dit-il. " D'un autre côté, vous voulez un substrat qui ne lie pas trop fort. Vous devriez pouvoir détacher la couche de bore."

Puis, comme le graphène, ces feuilles de bore d'épaisseur atomique pourraient être appliquées à d'autres surfaces pour les tests et, finalement, pour une utilisation dans les applications.

L'étude a également calculé des méthodes pour créer des feuilles via la saturation d'atomes de bore à la surface de substrats de borure, et l'évaporation d'atomes métalliques à partir de borures métalliques qui ne laisse que les atomes cibles dans une feuille.

"Il y a beaucoup de raisons pour lesquelles le bore pourrait être intéressant, " dit Liu, le premier auteur de l'article. "Le bore est le voisin du carbone sur le tableau périodique, avec un électron en moins, ce qui pourrait apporter beaucoup de nouvelles physiques et chimies, surtout à l'échelle nanométrique. Par exemple, Le bore 2-D est plus conducteur que le graphène en raison de sa structure électronique unique et de sa disposition atomique.

"En réalité, comparer (le bore) avec le graphène est très utile, ", a-t-il déclaré. "Les méthodes de synthèse de pointe pour le graphène nous fournissent de bons modèles pour explorer la synthèse du bore en 2D."

Yakobson réfléchit à un pas au-delà des travaux actuels. "Il y a beaucoup de groupes, à Rice et ailleurs, travailler sur le bore 2-D, " dit-il. " Pour apprécier ce travail, vous devez prendre du recul et le contraster avec le graphène ; en quelques sortes, la synthèse du graphène est triviale.

"Pourquoi ? Parce que le graphène est un matériau donné par Dieu, " il a dit. " Il se forme au minimum global (énergie) pour les atomes de carbone – ils y vont volontiers. Mais le bore est une autre histoire. Il n'a pas de forme plane comme minimum global, which makes it a really subtle problem. 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, " il a dit.

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