(Phys.org) — La National Nanotechnology Initiative définit la nanotechnologie comme la compréhension et le contrôle de la matière à l'échelle nanométrique, à des dimensions d'environ 1 et 100 nanomètres, où des phénomènes uniques permettent de nouvelles applications. La nanotechnologie prend le monde d'assaut, révolutionnant les matériaux et les dispositifs utilisés dans de nombreuses applications et produits. C'est pourquoi un constat annoncé par Xiang-Feng Zhou et Artem R. Oganov, Groupe de Cristallographie Théorique du Département de Géosciences, sont si importants.

Le papier, "Allotrope semi-métallique bidimensionnel de bore avec fermions de Dirac sans masse, " a été publié le 27 février dans Lettres d'examen physique . L'auteur principal est le postdoctorant d'Oganov à Stony Brook, Xiang-Feng Zhou, qui est également professeur agrégé à l'Université Nankai de Tianjin, Chine.

"Le bore est à bien des égards un analogue du carbone, " dit Xiang-Feng. "Ses nanostructures - nanoparticules, nanotubes, et les structures bidimensionnelles - ont suscité beaucoup d'intérêt dans l'espoir de se répliquer, voire surpasser, les propriétés uniques et la diversité des nanostructures de carbone. Nous avons découvert la structure des cristaux de bore bidimensionnels, ce qui est pertinent pour les applications électroniques et pour comprendre les nanostructures de bore. Nos résultats renversent les hypothèses et les prédictions de nombreuses études antérieures. »

Des travaux antérieurs avaient conclu que le bore bidimensionnel adopterait la géométrie des feuillets alpha plats (structures composées de motifs d'atomes triangulaires et hexagonaux) ou de leurs analogues. Ces découvertes ont été utilisées pour construire des nanotubes et des nanoparticules de bore aux propriétés uniques, telles qu'une résistance mécanique élevée et une conductivité électronique réglable.

« Nous avons constaté que la feuille alpha est massivement instable ; cela jette un doute sur les modèles précédents de nanostructures de bore, " dit Oganov. " En particulier, nous avons découvert que les structures plates monocouches de bore sont extrêmement instables, et les structures réelles ont une épaisseur finie. Ce résultat conduira probablement à une révision des modèles structuraux des nanoparticules et nanotubes de bore. En particulier, il est possible que creux, les structures de type fullerène seront instables pour le bore."

Oganov dit que la structure de bore bidimensionnelle récemment découverte possède des propriétés supérieures à celles du graphène. "Au sein de la structure 2D du bore, les électrons se déplacent à des vitesses comparables à la vitesse de la lumière, et se comportent comme s'ils n'avaient pas de masse ; dans certaines directions, les électrons voyagent plus vite que dans le graphène. Cela peut être très avantageux pour les futurs appareils électroniques."

Alors que la vitesse ne dépend pas de la direction dans le graphène, la nouvelle structure de bore présente une dépendance directionnelle. Dans le sens le plus lent, les élections se déroulent 38% plus lentement dans le bore que dans le graphène. Mais dans le sens perpendiculaire, les élections voyagent 34% plus vite en bore. C'est la propriété qui pourrait être intéressante pour les applications électroniques.

Les résultats ont été rendus possibles par le code de prédiction de structure USPEX (Universal Structure Predictor :Evolutionary Xrystallography) qui a été développé par Oganov et son laboratoire. USPEX épouse un puissant, algorithme d'optimisation globale avec la mécanique quantique et est utilisé par plus de 1600 scientifiques à travers le monde.

Les chercheurs prévoient ensuite d'explorer la structure des nanoparticules de bore; ils pensent que les conclusions antérieures sur le terrain devront être réévaluées. Comme toute enquête scientifique solide, Xiang-Feng dit, "Ce travail soulève plus de questions que de réponses. Comment préparer expérimentalement les structures bidimensionnelles du bore, étant donné la forte réactivité chimique de l'élément ? Alors que les modèles structurels précédents étaient incorrects, comment cela affecte-t-il les structures des nanoparticules et nanotubes de bore, et leurs propriétés électroniques ? Cette recherche ouvre la voie à une nouvelle vague d'investigations sur la physique et la chimie des matériaux à base de bore et confirme la puissance de la méthode USPEX. »