Attendez, là, graphène. Vous pourriez penser que vous êtes le nouveau nanomatériau le plus intéressant du siècle, mais le bore t'a peut-être déjà battu, selon les scientifiques de l'Université Rice.

Une équipe de Rice qui a simulé des formes unidimensionnelles de bore - à la fois des rubans de deux atomes de large et des chaînes à un seul atome - a découvert qu'elles possèdent des propriétés uniques. Les nouveaux résultats paraissent cette semaine dans le Journal de l'American Chemical Society .

Par exemple, si des rubans métalliques de bore sont tendus, ils se transforment en chaînes semi-conductrices antiferromagnétiques, et lorsqu'ils sont relâchés, ils se replient en rubans.

Les matériaux de bore 1-D ont également une rigidité mécanique comparable à celle des nanomatériaux connus les plus performants.

Et ils peuvent agir à l'échelle nanométrique, ressorts à force constante.

Les laboratoires expérimentaux progressent dans la synthèse de bore de type mince atomique et fullerène, ce qui a conduit le chercheur de Rice Boris Yakobson à penser que le bore 1-D pourrait également devenir une réalité.

Le laboratoire de Yakobson crée des simulations informatiques au niveau atomique de matériaux qui n'existent pas nécessairement encore. La simulation et le test de leurs propriétés énergétiques aident à guider les expérimentateurs travaillant à créer des matériaux du monde réel. Chaînes d'atomes de carbone appelées carbyne, les fullerènes de bore et les films bidimensionnels appelés borophène, tous prédits par le groupe Rice, ont depuis été créés par des laboratoires.

"Nos travaux sur le carbyne et le bore planaire nous ont fait penser qu'une chaîne unidimensionnelle d'atomes de bore est également une structure possible et intrigante, " Yakobson a déclaré. "Nous voulions savoir s'il est stable et quelles en seraient les propriétés. C'est là que les méthodes théoriques et computationnelles modernes sont impressionnantes, car on peut faire des évaluations assez réalistes de structures inexistantes.

"Même s'ils n'existent jamais, ils sont toujours importants puisque nous sondons les limites du possible, sorte de frontière finale, " il a dit.

Le bore unidimensionnel forme deux phases bien définies - des chaînes et des rubans - qui sont liées par une "transition de phase réversible, " ce qui signifie qu'ils peuvent passer d'une forme à l'autre et vice-versa.

Pour démontrer ces intéressantes chimiomécaniques, les chercheurs ont utilisé un ordinateur pour "tirer" les extrémités d'un ruban de bore simulé avec 64 atomes. Cela a forcé les atomes à se réarranger en une seule chaîne de type carbyne. Dans leur simulation, les chercheurs ont laissé un fragment du ruban pour servir de graine, et quand ils ont relâché la tension, les atomes de la chaîne sont soigneusement revenus sous forme de ruban.

"Le bore est très différent du carbone, " Yakobson a dit. " Il préfère former une double rangée d'atomes, comme un treillis utilisé dans la construction de ponts. Cela semble être le plus stable, état de plus basse énergie.

"Si vous tirez dessus, il commence à se dérouler; les atomes cèdent à ce fil monatomique. Et si vous relâchez la force, il se replie, " dit-il. " C'est assez amusant, structurellement, et en même temps, il modifie les propriétés électroniques.

« Cela en fait une combinaison intéressante :lorsque vous l'étirez à mi-chemin, vous pouvez avoir une portion de ruban et une portion de chaîne. Parce que l'un d'eux est en métal et l'autre est un semi-conducteur, cela devient unidimensionnel, Jonction Schottky réglable." Une jonction Schottky est une barrière aux électrons au niveau d'une jonction métal-semi-conducteur et est couramment utilisée dans les diodes qui permettent au courant de circuler dans une seule direction.

En guise de ruban, le bore est "un vrai métal 1-D robuste à la distorsion de son réseau cristallin (une propriété connue sous le nom de distorsion de Peierls), " ont écrit les chercheurs. Cette construction en forme de ferme donne au matériau une rigidité extraordinaire, une mesure de sa capacité à résister à la déformation d'une force appliquée.

As a chain of atoms, the material is also a strain-tunable, wide-gap antiferromagnetic semiconductor. In an antiferromagnet, the atomic moments—the direction of the atoms' "up" or "down" spin states—align in opposite directions. This coupling of magnetic state and electronic transport may be of great interest to researchers studying spintronics, in which spin states may be manipulated to create high-performance electronic devices. "It may be very useful because instead of charge transport, you can have spin transport. That's considered an important direction for devices that make use of spintronics, " il a dit.

One-dimensional boron's springiness is also interesting, dit Yakobson. "It's also a special spring, a constant-force spring, " he said. "The more you stretch a mechanical spring, the more the force goes up. But in the case of 1-D boron, the same force is required until the spring becomes fully stretched. If you keep pulling, it will break. But if you release the force, it completely folds back into a ribbon. It's a mechanically nice structure." That property could be useful in nanoscale sensors to gauge very small forces, il a dit.