Lần đầu tiên, các kỹ sư của Đại học Northwestern đã tạo ra lớp kép của nguyên tử borophene phẳng, đây là một kỳ công thách thức xu hướng tự nhiên của boron để tạo thành các cụm nguyên tử không phẳng vượt qua giới hạn lớp đơn nguyên tử. Được biết đến với các đặc tính điện tử đầy hứa hẹn, việc tổng hợp borophene (một tấm dày lớp đơn nguyên tử boron) vẫn là một thách thức. Không giống như graphene vật liệu hai chiều tương tự của nó, thường được bóc tách khỏi graphite nhiều lớp bẩm sinh bằng cách sử dụng một thứ đơn giản như băng dính trong, borophene không thể bóc tách đơn giản ra khỏi khối boron. Thay vào đó, borophene phải được phát triển trực tiếp trên một chất nền. Và nếu việc phát triển một lớp đã khó, thì việc phát triển nhiều lớp borophene nguyên tử phẳng dường như là không thể. Bởi vì khối boron không được phân lớp như graphite nên việc phát triển boron vượt qua các lớp đơn nguyên tử sẽ dẫn đến sự kết nhóm chứ không phải là các màng phẳng. Giáo sư Mark C. Hersam, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Khi bạn cố gắng tạo ra một lớp dày hơn thì boron lại muốn thích nghi với cấu trúc khối của nó. Thay vì giữ nguyên dạng nguyên tử phẳng thì các màng boron dày hơn lại tạo thành các hạt và các nhóm cụm lại. Điều quan trọng là phải tìm ra các điều kiện phát triển boron kép ngăn cản sự hình thành nên các cụm nhóm”. Nghiên cứu đã được công bố vào ngày 26 tháng 8 trên tạp chí Nature Materials. Năm năm trước, Giáo sư Hersam và các cộng sự của ông tại trường Công nghệ McCormick đã tạo ra borophene lần đầu tiên. Với đặc tính: mạnh hơn, nhẹ hơn và linh hoạt hơn graphene, borophene có tiềm năng cách mạng hóa pin, thiết bị điện tử, cảm biến, pin mặt trời và điện toán lượng tử. Mặc dù nghiên cứu lý thuyết dự đoán rằng có thể tạo ra một lớp borophene kép, nhưng nhiều nhà nghiên cứu, bao gồm cả Hersam, vẫn chưa hoàn toàn tin tưởng. Sau đó nhóm nghiên cứu của Hersam đã phát hiện ra chìa khóa chính xác nằm ở chất nền dùng để phát triển vật liệu. Trong nghiên cứu, Hersam và các đồng nghiệp đã phát triển borophene trên một chất nền phẳng là bạc. Khi tiếp xúc với nhiệt độ rất cao, nguyên tử bạc co cụm lại để tạo thành các phần lồi khác thường, rộng và phẳng nằm giữa các cụm bậc thang tỉ lệ nguyên tử. “Khi chúng tôi phát triển borophen trên các phần ruộng bậc thang rộng và phẳng này, chúng tôi đã thấy sự hình thành của một lớp kép thứ hai”. Vật liệu lớp kép này có tất cả các đặc tính điện tử mong muốn của borophene, đồng thời mang lại những ưu điểm mới. Ví dụ như vật liệu bao gồm hai tấm nguyên tử lớp dày được liên kết với nhau bằng khoảng trống ở giữa, có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng hoặc hóa chất. Hersam nói: “Đã có những dự đoán về mặt lý thuyết rằng borophene lớp kép là một vật liệu đầy hứa hẹn cho pin vì khoảng trống giữa các lớp sẽ cung cấp một nơi lưu giữ các ion liti." Hersam nói: “Kim cương, than chì, graphene và ống nano carbon đều dựa trên một nguyên tố (carbon) với các dạng hình học khác nhau. Boron xuất hiện cũng có khả năng rất phong phú, nếu không muốn nói là hơn cả carbon. Chúng tôi tin rằng chúng ta vẫn đang ở những chương đầu của câu chuyện boron hai chiều."
Nguồn: www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210826111646.htm