Mais de dez anos atrás, pesquisadores da Universidade de Rice, liderados pelo cientista de materiais Boris Yakobson, previam que os átomos de boro se agarrariam muito bem para cobre para formar borofeno, um materials bidimensional flexível e metálico com potencial entre eletrônicos, energia e catálise. Agora, novas pesquisas mostram que a previsão se mantém, mas não da maneira que alguém esperava.
Ao contrário de sistemas como grafeno no cobre, onde os átomos podem se difundir no substrato sem formar uma liga distinta, os átomos de boro, nesse caso, formaram um boreto de cobre 2D definido – um novo composto com uma estrutura atômica distinta. A descoberta publicada em Avanços científicos Por pesquisadores da Rice e da Northwestern College, prepara o terreno para uma exploração adicional de uma classe relativamente inexplorada de materiais 2D.
“O borofeno ainda é um materials à beira da existência, e isso faz com que qualquer fato seja importante, pressionando o envelope de nosso conhecimento em materiais, física e eletrônica”, disse Yakobson, Karl F. Hasselmann, Professor de Engenharia de Rice. “Nossa primeira análise teórica alertou que, no cobre, Boron se uniria com muita força. Agora, mais de uma década depois, acontece que estávamos certos – e o resultado não é borofeno, mas algo completamente diferente”.
Estudos anteriores sintetizaram com sucesso o borofeno em metais como prata e ouro, mas o cobre permaneceu um caso aberto – e contestado -. Algumas experiências sugeriram que o boro pode formar borofeno polimórfico no cobre, enquanto outros sugeriram que ele poderia separar a fase em boretos ou até nuclear em cristais a granel. A resolução dessas possibilidades exigiu uma investigação única detalhada, combinando imagens de alta resolução, espectroscopia e modelagem teórica.
“O que meus colegas experimentalistas viram pela primeira vez esses ricos padrões de imagens de resolução atômica e assinaturas de espectroscopia, o que exigia muito trabalho de interpretação”, disse Yakobson.
Esses esforços revelaram uma superestrutura periódica em zigue -zague e assinaturas eletrônicas distintas, que se desviaram significativamente das fases conhecidas do borofeno. Uma forte correspondência entre dados experimentais e simulações teóricas ajudou a resolver um debate sobre a natureza do materials que se forma na interface entre o substrato de cobre e o ambiente próximo do vácuo da câmara de crescimento.
Embora o boreto de cobre não fosse o materials que os pesquisadores se propuseram a fazer, sua descoberta oferece uma visão importante de como o boro interage com diferentes substratos metálicos em ambientes bidimensionais. O trabalho expande o conhecimento sobre a formação de materiais de boreto de steel atomicamente finos-uma área que poderia informar estudos futuros sobre compostos relacionados, incluindo aqueles com relevância tecnológica conhecida, como boretos de steel entre cerâmicas de temperatura ultra-alta, que são de grande interesse para ambientes extremos e sistemas hipersônicos.
“É provável que o boreto de cobre 2D seja apenas um dos muitos boretos de steel 2D que podem ser realizados experimentalmente. Estamos ansiosos para explorar essa nova família de materiais 2D que possuem amplo uso potencial em aplicações que variam de armazenamento eletroquímico de energia à tecnologia da informação quântica”, Walter P. Murph Professor de materiais científicos e mecanismos de engenharia da Northwestern.
A descoberta ocorre emblem após outro avanço relacionado ao boro pela mesma equipe da teoria do arroz. Em um estudo separado publicado em ACS Nano Os pesquisadores mostraram que o borofeno pode formar junções laterais de alta qualidade e arestas com grafeno e outros materiais 2D, oferecendo um melhor contato elétrico do que o ouro “volumoso”. A justaposição das duas descobertas destaca a promessa e o desafio de trabalhar com boro na escala atômica: sua versatilidade permite estruturas surpreendentes, mas também dificulta o controle.
“Essas imagens que vimos inicialmente nos dados experimentais pareciam bastante misteriosas”, disse Yakobson. “Mas, no ultimate, tudo se encaixou e forneceu uma resposta lógica – boreto de steel, bingo! Isso foi inesperado a princípio, mas agora está resolvido – e a ciência pode seguir em frente”.
A pesquisa foi apoiada pelo Escritório de Pesquisa Naval (N00014-21-1-2679), pela Nationwide Science Basis (DMR-2308691) e pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (2801SC0012547). O conteúdo aqui é exclusivamente de responsabilidade dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais das organizações e instituições de financiamento.
