В основе успеха получения двухмерного бора лежит металлическое основание

Ученые из университета Райса предположили, что свойства листов бора толщиной в атом зависят от используемой подложки.

Подсчет атомных энергий, вовлеченных в создание листа бора, показал, что многое зависит от металлической подложки — поверхности, на которой выращиваются двухмерные материалы в печи методом химического парового осаждения.

Физик-теоретик Борис Якобсон с коллегами в предыдущей работе установили, что химическое паровое осаждение — это, вероятно, оптимальный способ производства высокопроводящего двухмерного бора, а золото и серебро, вероятно, лучшие подложки.

Однако новые вычисления показали, что направлять формирование бора можно с помощью настройки бор-металлического взаимодействия. Выяснилось, что медь, наиболее часто используемая для выращивания графена, может оказаться наиболее эффективной для получения плоского бора, в то время как другие металлы будут направлять итоговый материал уникальными способами.

Результаты опубликованы в издании Angewandte Chemie.

Все зависит от подложки

«Если вырастить двухмерный бор на медной подложке, то получится что-то другое, чем если бы растить его на золоте, серебре или никеле», сказал Жу Юа Жань, постдок и ведущий автор статьи. „Фактически, на каждом из оснований получается разный материал“.

В процессе химического парового осаждения нагретые газы осаждают атомы на подложку, где они идеально формируют желаемую решетку. В графене и нитриде бора атомы образуют плоские шестиугольные множества независимо от подложки. Однако бор, как выяснили ученые, является первым известным двухмерным материалом, который меняет структуру в результате взаимодействия с разными основаниями.

Совершенно плоский бор выглядел бы как сетка из треугольников со случайными шестиугольниками, в которых отсутствуют некоторые атомы. Исследователи провели вычисления более чем 300 бор-металлических комбинаций. Они обнаружили паттерн атомов в медной подложке, который идеально соответствует двухмерному бору, и сила их взаимодействия помогла бы удерживать бор в плоском состоянии.

Никелевая подложка, как выяснилось, сработала бы почти так же хорошо, в то время как на золоте и серебре ученые установили слабые атомные взаимодействия, из-за чего бор стал бы коробиться. Исследователи предположили, что в ходе естественного формирования икосаэдры с 12 атомами бора собирались бы в связанные листы на меди и никеле, если бора было бы достаточно много.

Плюсы и минусы материала

Недостаток двухмерного бора в том, что его, в отличие от графена, чрезвычайно сложно отделить от подложки, что требуется для дальнейшего использования материала.

При этом столь прочная связь имеет и дополнительное преимущество. Дальнейшие подсчеты предположили, что бор на золоте или никеле может конкурировать с платиной в качестве катализатора для реакций с водородом в топливных элементах.

«В 2007 году мы предсказали возможность существования фуллеренов из чистого бора», отметил Якобсон. „Семь лет спустя первый такой фуллерен мы уже наблюдали в лаборатории. На сей раз, с учетом того огромного внимания, что ученые обращают на двухмерные материалы, хочется надеяться, что в какой-нибудь лаборатории двухмерный бор получат намного скорее, и его не придется ждать семь лет“.