Dans la chaleur d'un fourneau, les atomes de bore plongent joyeusement dans un bain d'or. Et quand les choses deviennent cool, ils refont surface en tant que borophène convoité.

La découverte par des scientifiques de l'Université Rice, Argonne National Laboratory et Northwestern University est une étape vers des applications pratiques telles que l'électronique portable ou transparente, capteurs plasmoniques ou stockage d'énergie pour le matériau bidimensionnel avec une excellente conductivité.

Des équipes dirigées par Boris Yakobson chez Rice, Nathan Guisinger à Argonne et Mark Hersam à Northwestern ont tous deux formé la théorie et ensuite démontré leur nouvelle méthode pour faire pousser du borophène - la forme de bore à l'épaisseur d'un atome - sur une surface d'or.

Ils ont découvert qu'avec une chaleur suffisante dans un vide poussé, les atomes de bore affluaient dans le four et s'enfonçaient dans l'or lui-même. Au refroidissement, les atomes de bore réapparaissent et forment des îlots de borophène à la surface.

Ceci est distinct de la plupart des autres matériaux 2-D fabriqués en introduisant des gaz dans un four. Dans le dépôt chimique en phase vapeur standard, les atomes se déposent sur un substrat et se connectent les uns aux autres. Ils ne disparaissent généralement pas dans le substrat.

La découverte a été décrite dans un article de la revue American Chemical Society ACS Nano .

Les chercheurs ont déclaré que les îles métalliques de borophène font environ 1 nanomètre carré, en moyenne, et montrer des preuves de confinement électronique, ce qui pourrait les rendre pratiques pour les applications quantiques.

Yakobson a déclaré qu'essayer divers substrats pourrait donner de nouvelles phases de borophène avec de nouvelles propriétés. "Or, avec un transfert de charge moindre et une liaison plus faible, peut donner une couche plus facile à enlever et à utiliser, bien que cela ne soit pas encore atteint, " il a dit.

Yakobson a des antécédents avec le borophène, qui ne peut pas être exfolié à partir de matériaux en vrac comme le graphène peut du graphite. Un théoricien des matériaux, il a prédit en 2013 que cela pourrait être fait du tout. Quelques années plus tard, c'était.

Lui et ses collègues sur le nouveau journal, Hersam et Guisinger, avait déjà montré que le borophène cultivé d'une manière particulière sur l'argent devient onduleux, ce qui lui donne des possibilités intéressantes pour l'électronique portable.

"Jusque là, les substrats avec un succès démontré pour la synthèse du borophène suivent de près les prédictions théoriques, " a déclaré Yakobson. Argonne l'a cultivé avec succès sur l'argent et le cuivre ainsi que sur l'or, tandis que l'Académie chinoise des sciences a cultivé du borophène sur de l'aluminium.

Maintenant, avec leur travail sur l'or, ils ont combiné théorie et expériences pour démontrer un mécanisme de croissance entièrement nouveau pour les matériaux bidimensionnels.

« Le défi reste de le faire pousser sur un substrat isolant, " dit-il. " Cela permettra de nombreux tests expérimentaux intrigants, du transport basique aux plasmons à la supraconductivité."

Les chercheurs ont découvert qu'il fallait un ordre de grandeur plus de bore pour faire pousser du borophène sur l'or que pour l'argent. C'était leur première indication que le bore s'enfonçait dans l'or, qui a commencé à se produire à environ 550 degrés Celsius (1, 022 degrés Fahrenheit).

Yakobson a noté qu'un faible nombre d'atomes restent incrustés dans l'or sans former d'alliage, mais les scientifiques ont déjà vu des signes de ce phénomène. "Dans la croissance du graphène sur du cuivre commun, les atomes de carbone se dissolvent également partiellement et diffusent à travers la feuille, sans formation d'alliage spécifique, " il a dit.