研究人員制作并測試了原子厚度的硼的獨特區域

據萊斯大學和西北大學的科學家們說，當不同形式的材料混合和混合時，硼硅烷是具有獨特性質的原子級扁平硼形式。

這些機構的科學家用不同的晶格排列制作和分析了硼硅烯，并發現了各種結構如何適應新的晶體形式。他們指出，這些電子產品制造商可能希望探索這些產品。

由Rice材料理論家Boris Yakobson和西北材料科學家Mark Hersam領導的研究出現在Nature Materials上。

硼硅烯與石墨烯和其他二維材料的區別在于一個重要的方面：它不會出現在自然界中。當石墨烯被發現時，它就是用一塊帶有透明膠帶的石墨拉出來的。但是半導體塊狀硼沒有層，所以所有的硼烯都是合成的。

與石墨烯不同，石墨烯連接形成雞絲狀六邊形，硼硅烯形成連接三角形。周期性地，原子從網格中消失并留下六邊形空位。實驗室研究了具有“空心六邊形”濃度的硼氧化物的形式，每五個三角形中有一個，每六個中有一個三角形。

研究人員表示，這是西北實驗室在超高真空中通過原子硼沉積在銀基板上形成硼氧烷時觀察到的最常見的相，但“完美的”硼卟啉陣列不是研究的目標。

實驗室發現，在440到470攝氏度(824-878華氏度)的溫度下，1到5和1到6相同時在銀基板上生長，這充當模板，引導沉積原子成對齊的相。這些領域遇到的情況使實驗室的興趣更高。與他們在石墨烯中觀察到的不同，原子很容易在邊界處相互容納并采用其鄰居的結構。

這些邊界調整產生了更多的外來 - 但仍然是金屬 - 形式的硼烷，在平行相之間出現4比21和7比36的比例。

“在石墨烯中，這些邊界將是無序結構，但在硼氧化物中，線缺陷實際上是彼此完美的結構，”賴斯研究生Luqing Wang說，他領導了原子級能量的理論分析來解釋觀察結果。“階段之間的混合與我們在其他2D材料中看到的非常不同。”

“雖然我們確實期望在1到5和1到6相之間進行一些混合，但無縫對齊和定期結構的排序令人驚訝，”Hersam說。“在二維極限中，硼被證明是一種非常豐富和有趣的材料系統。”

Wang的密度泛函理論計算揭示了線缺陷的金屬性質; 這意味著，與其他金屬石墨烯中的絕緣缺陷不同，它們對材料在室溫下的電子特性影響最小。在低溫下，該材料顯示出電荷密度波的證據，電子密度波是高度有序的電子流。

理論計算還表明硼烯相中剛度，熱導率和電化學性質的細微差別，這也表明材料可以調整用于應用。

“本研究充分展示了硼氧烷的獨特多態性，”雅各布森說。“這表明通過電荷密度波在材料的電子結構中產生了有趣的相互作用，這可能導致可切換電子設備的誘人。”

“作為一種原子級薄的材料，硼氧化物的性質應該與基材，相鄰材料和表面化學成分有關，”Hersam說。“我們希望通過化學功能化和/或與其他材料整合到異質結構中來進一步控制其性能。”

Yakobson和Hersam還合著了一篇關于“最輕的2D金屬”的Nature Nanotechnology觀點。在這篇文章中，作者認為硼硅烯可能是柔性和透明電子互連，電極和顯示器的理想選擇。它也適用于超導量子干涉裝置，并且在堆疊時適用于氫存儲和電池應用。