Naukowcy od dawna zainteresowani się tworzeniem dwuwymiarowych materiałów ze względu na ich wyjątkowe właściwości, zwłaszcza elektroniczne. Stworzony z atomów boru borofen również jest niezwykły: choć w trójwymiarze jest półmetalem (inaczej - metaloidem, czyli pierwiastkiem o własnościach pośrednich między metalami a niemetalami) i półprzewodnikiem, to w nanoskali wykazuje wiele właściwości typowych dla metali.

Borofen stworzyli naukowcy z Argonne National Laboratory (podlegającemu amerykańskiemu Departmentowi Energii), a także Northwestern University (NU) i Stony Brook University (SBU). W swojej pracy wykorzystali nietoksyczną technikę, która polega na odparowaniu materiału bazowego, a następnie - na jego kondensacji w postaci cienkiej błony na wybranym podłożu. Podłożem było srebro - pierwiastek, z którym bor nie wchodzi w reakcję.

"Borofeny są niezwykle intrygujące, gdyż są całkiem inne, niż wcześniej badane, dwuwymiarowe materiały" - dodaje Guisinger. - A ponieważ nie występują w przyrodzie, wyzwanie polegało na wymyśleniu eksperymentu, który pozwoliłby uzyskać je w sztuczny sposób w laboratorium".

Bo choć znanych jest co najmniej 16 trójwymiarowych odmian boru, naukowcy nie umieli dotychczas stworzyć całego arkusza borofenu, czyli warstwy boru o grubości jednego atomu.

Ponieważ borofen posiada metaliczne właściwości, a jego grubość jest równa "grubości" jednego atomu, jego uzyskanie może oznaczać nowe, ciekawe zastosowania, m.in. w elektronice czy fotowoltaice - zauważa kierujący eksperymentem Nathan Guisinger z Argonne National Laboratory. Dodał, że żadna trójwymiarowa struktura zbudowana z cząsteczek boru nie wykazuje podobnych właściwości.

Bor - podobnie jak węgiel, jego sąsiad z układu okresowego pierwiastków, który występuje w przyrodzie w kilku formach, od grafitu po diament - również posiada kilka odmian zwanych alotropami. I na tym kończą się ich podobieństwa. Podczas gdy grafit jest zbudowany z wielu dwuwymiarowych warstw atomów, które można oddzielać, w przypadku boru podobny zabieg nie udałby się - tłumaczą naukowcy.

Jedną z najciekawszych właściwości borofenu jest układ jego atomów w nanoskali. Inne materiały dwuwymiarowe sprawiają w nanoskali wrażenie idealnie gładkich. Borofen wygląda natomiast jak pofałdowana tektura, wyginając się w różne strony zależnie od tego, jak jedne atomy boru łączą się z sąsiednimi - tłumaczy pierwszy autor badania, Andrew Mannix z NU.

Taka struktura przesądza o anizotropii materiału - właściwości oznaczającej, że jego właściwości mechaniczne albo elektroniczne (np. przewodność elektryczna) zależą od kierunku. Sprawia też, że borofen jest wyjątkowo wytrzymały na rozciąganie.

"To całkiem nowy materiał, o ekscytujących właściwościach, które dopiero zaczynamy poznawać" - podkreśla Mannix. (PAP)

zan/ krf