Inițiativa Națională a Nanotehnologiei definește nanotehnologia ca înțelegerea și controlul materiei la nano-scară, la dimensiuni de aproximativ 1 și 100 nanometri, unde fenomenele unice permit aplicații noi. Nanotehnologia prinde lumea prin furtună, revoluționând materialele și dispozitivele utilizate în multe aplicații și produse. De aceea, o descoperire anunțată de Xiang-Feng Zhou și Artem R. Oganov, Grupul de Cristalografie Teoretică din Departamentul de Geoștiințe, sunt atât de semnificative.

primește

Lucrarea, "Alotropul semimetalic bidimensional al borului cu fermiuni diracale fără masă", a fost publicată pe 27 februarie în Physical Review Letters. Autorul principal este post-doctoratul lui Oganov la Stony Brook, Xiang-Feng Zhou, care este, de asemenea, profesor asociat la Universitatea Nankai din Tianjin, China.

„Borul este în multe privințe un analog al carbonului”, spune Xiang-Feng. „Nanostructurile sale - nanoparticule, nanotuburi și structuri bidimensionale - au atras mult interes în speranța de a reproduce, sau chiar de a depăși, proprietățile unice și diversitatea nanostructurilor de carbon. Am descoperit structura cristalelor de bor bidimensionale, care este relevant pentru aplicațiile electronice și pentru înțelegerea nanostructurilor de bor. Constatările noastre anulează ipotezele și predicțiile a numeroase studii anterioare. "

Lucrările anterioare concluzionaseră că borul bidimensional va adopta geometria foilor alfa plate (structuri compuse din modele atomice triunghiulare și hexagonale) sau analogilor lor. Aceste descoperiri au fost utilizate pentru a construi nanotuburi de bor și nanoparticule cu proprietăți unice, cum ar fi rezistența mecanică ridicată și conductivitatea electronică reglabilă.

"Am descoperit că foaia alfa este masiv instabilă; acest lucru pune la îndoială modelele anterioare de nanostructuri de bor", spune Oganov. "În special, am descoperit că structurile plate monostrat de bor sunt extrem de instabile, iar structurile reale au grosime finită. Acest rezultat va duce probabil la o revizuire a modelelor structurale de nanoparticule și nanotuburi de bor. În special, este posibil ca golurile, structurile de tip fuleren vor fi instabile pentru bor. "

Oganov spune că noua structură de bor bidimensională descoperită posedă proprietăți superioare celor ale grafenului. „În cadrul structurii de bor 2D, electronii se deplasează la viteze comparabile cu viteza luminii și se comportă ca și cum ar fi lipsiți de masă; în unele direcții, electronii călătoresc mai repede decât în ​​grafen. Acest lucru poate fi foarte avantajos pentru dispozitivele electronice viitoare. "

În timp ce viteza nu depinde de direcția din grafen, noua structură de bor prezintă dependență direcțională. În direcția cea mai lentă, alegerile se deplasează cu 38% mai lent în bor decât în ​​grafen. Dar în direcția perpendiculară, alegerile călătoresc cu 34% mai repede în bor. Aceasta este proprietatea care ar putea fi utilă pentru aplicațiile electronice.

Descoperirile au fost posibile prin codul de predicție a structurii USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xrystallography) care a fost dezvoltat de Oganov și laboratorul său. USPEX se căsătorește cu un algoritm de optimizare global puternic cu mecanică cuantică și este utilizat de peste 1600 de oameni de știință din întreaga lume.

Cercetătorii urmează să exploreze structura nanoparticulelor de bor; ei cred că concluziile anterioare în domeniu vor trebui reevaluate. La fel ca orice cercetare științifică solidă, Xiang-Feng spune: „Această lucrare ridică mai multe întrebări decât răspunsuri. Cum pregătim experimental structurile bidimensionale ale borului, având în vedere reactivitatea chimică ridicată a elementului? În timp ce modelele structurale anterioare erau incorecte, cum afectează acest lucru structurile nanoparticulelor și nanotuburilor de bor și proprietăților lor electronice? Această cercetare stabilește scena pentru un nou val de investigații asupra fizicii și chimiei materialelor pe bază de bor și confirmă puterea metodei USPEX. "

  •