Бор, виявлений в 1808 р., Отримує нанооновлення

Національна нанотехнологічна ініціатива визначає нанотехнології як розуміння та контроль речовини в наномасштабі, розмірами приблизно 1 і 100 нанометрів, де унікальні явища дозволяють нові застосування. Нанотехнології охоплюють світ штурмом, революціонізуючи матеріали та пристрої, що використовуються у багатьох додатках та продуктах. Ось чому знахідка, оголошена Сян-Фенг Чжоу та Артемом Р. Огановим, Група теоретичної кристалографії в Департаменті геонаук, є настільки значною.

виявлений

Документ "Напівметалевий двовимірний алотроп бору з безмасовими ферміонами Дірака" був опублікований 27 лютого в Physical Review Letters. Провідним автором є постдокт Оганова в Стоні-Брук, Сян-Фен Чжоу, який також є доцентом Університету Нанкай в Тяньцзіні, Китай.

"Бор багато в чому є аналогом вуглецю", - говорить Сян-Фен. "Її наноструктури - наночастинки, нанотрубки та двовимірні структури - викликали великий інтерес в надії на відтворення або навіть перевершення унікальних властивостей та різноманітності вуглецевих наноструктур. Ми виявили структуру двовимірного бору кристалів, що стосується електронних додатків та розуміння наноструктур бору. Наші висновки відкидають припущення та прогнози численних попередніх досліджень ".

У попередній роботі було зроблено висновок, що двовимірний бор прийме геометрію плоских альфа-аркушів (структур, що складаються з трикутних та шестикутних атомних зразків) або їх аналогів. Ці висновки були використані для побудови нанотрубок бору та наночастинок з унікальними властивостями, такими як висока механічна міцність та регульована електронна провідність.

"Ми виявили, що альфа-лист в значній мірі нестійкий; це ставить під сумнів попередні моделі наноструктур бору", - каже Оганов. "Зокрема, ми виявили, що плоскі одношарові структури бору надзвичайно нестійкі, а фактичні структури мають кінцеву товщину. Цей результат, швидше за все, призведе до перегляду структурних моделей наночастинок і нанотрубок бору. Зокрема, можливо, що порожнисті, фулереноподібні структури будуть нестабільними щодо бору ".

Оганов каже, що нещодавно відкрита двовимірна структура бору має властивості, які перевершують властивості графена. "У 2D-структурі бору електрони рухаються зі швидкістю, порівнянною зі швидкістю світла, і поводяться так, ніби вони безмасові; в деяких напрямках електрони рухаються швидше, ніж графеном. Це може бути дуже вигідно для майбутніх електронних пристроїв. "

Хоча швидкість руху не залежить від напрямку в графені, нова структура бору виявляє спрямовану залежність. У найповільнішому напрямку вибори подорожують на борту на 38% повільніше, ніж у графені. Але у перпендикулярному напрямку вибори подорожують бором на 34% швидше. Це властивість, яка може бути цінною для електронних додатків.

Висновки стали можливими завдяки коду прогнозування структури USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xrystallography), який був розроблений Огановим та його лабораторією. USPEX використовує потужний глобальний алгоритм оптимізації з квантовою механікою і використовується понад 1600 вченими по всьому світу.

Потім дослідники планують дослідити структуру наночастинок бору; вони вважають, що попередні висновки на місцях доведеться переглянути. Як і всі обґрунтовані наукові дослідження, Сян-Фен говорить: "Ця робота викликає більше питань, ніж відповідей. Як ми експериментально підготуємо двовимірні структури бору, враховуючи високу хімічну реакційну здатність елемента? Хоча попередні структурні моделі були неправильними, як чи впливає це на структури наночастинок і нанотрубок бору та їх електронні властивості? Це дослідження створює основу для нової хвилі досліджень фізики та хімії матеріалів на основі бору та підтверджує потужність методу USPEX ".