Z teorii w praktykę

Na Brown University przeprowadzono eksperymenty, które dowiodły, że na bazie boru można zbudować materiał konkurencyjny dla grafenu. Natychmiast po odkryciu grafenu naukowcy zaczęli zastanawiać się czy bor, znajdujący się w tabeli okresowej obok węgla, ma podobne właściwości. Teoretyczne prace wykazały, że tak, jednak atomy boru, by móc konkurować z grafenem, muszą być ułożone w pewien szczególny sposób. Bor, który posiada o jeden elektron mniej niż węgiel, nie może tworzyć charakterystycznego dla grafenu wzoru plastra miodu. Teoretycy stwierdzili, że aby stworzyć jednoatomową warstwę atomów boru trzeba ułożyć je w trójkątne wzory zawierające sześciokątne wolne przestrzenie. Tyle teoria, jednak przez lata nikt nie próbował rozwiązać tego problemu eksperymentalnie.

Profesor Lai-Sheng Wang i jego zespół z Brown University od lat badają właściwości boru i to właśnie oni przedstawili pierwszy eksperymentalny dowód, że teoretycznie opisywana struktura jest możliwa do opisania.

Amerykanie zaprezentowali jednoatomową warstwę składającą się z 36 atomów boru z idealną sześcioboczną przerwą w środku. Jest piękna. Ma dokładną heksagonalną symetrię z heksagonalną przerwą, której poszukiwaliśmy. Ta dziura ma tutaj olbrzymie znaczenie, gdyż wskazuje, że teoretyczne obliczenia dotyczące boronowej struktury planarnej mogą być prawidłowe - mówi profesor Wang. Zdaniem uczonego prace jego zespołu mogą przyczynić się do powstania nowego materiału – borofenu. Jeszcze nie stworzyliśmy borofenu, ale widzimy, że taka struktura to nie tylko teoretyczne wyliczenia - mówi.

Naukowcy rozpoczęli swoje prace od odparowania atomów boru z kawałka materiału. Następnie zamrozili atomy za pomocą helu. Powstały w ten sposób zbitki atomów boru, z których za pomocą kolejnego lasera usunięto elektron. Ten został wysłany przez specjalną tubę, która pozwoliła określić ich prędkość, dzięki czemu można określić spektrum energii wiązań elektronowych. To z kolei pozwala na poznanie struktury badanego materiału.

Dalsze badania potwierdziły, że uzyskano pożądaną strukturę. Jest ona zgodna z teoretycznymi przewidywaniami. Wiązania pomiędzy atomami boru są niemal tak mocne jak pomiędzy atomami węgla, co oznacza, że borofen powinien być niemal tak sam mocny. Niewykluczone, że będzie miał lepsze właściwości elektryczne niż grafen. Teoretycy przewidują, że borofen jest metalem, a zatem lepszym przewodnikiem niż półmetaliczny grafen.

bor borofen grafen