Minder dan een nanometer dik, sterker en veelzijdiger dan staal

Wetenschappers zijn erin geslaagd omstabiele nanovellen te produceren met boor- en waterstofatomen. Dit biedt kansen voor de nano-elektronica en kwantuminformatietechnologie.

In samenwerking met de Northwestern University en de University of Florida rapporteren wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) in het tijdschrift Science een doorbraak met een 2D-materiaal genaamd borofaan, een plaat boor en waterstof van slechts twee atomen dik.

Terwijl grafeen gewoon een atomaire laag is uit de vele dezelfde lagen in het gebruikelijke materiaal grafiet, heeft borofeen geen equivalente ouderstructuur en is het erg moeilijk te maken. Bovendien zorgt de snelle reactie van borofeen met lucht ervoor dat het zeer onstabiel is en gemakkelijk van vorm verandert.

"Borofeen zelf heeft allerlei problemen", zegt Mark Hersamvan Northwestern . "Maar als we het mengen met waterstof, wordt het product ineens veel stabieler en aantrekkelijker voor gebruik in de snelgroeiende velden van nano-elektronica en kwantuminformatietechnologie."

Het onderzoeksteam kweekte borofeen op een zilversubstraat en stelde het vervolgens bloot aan waterstof om het borofaan te vormen. Vervolgens ontrafelden ze de complexe structuur van borofaan door een scanning tunneling microscoop te combineren met een computer-vision gebaseerd algoritme dat theoretische simulaties van structuren vergelijkt met experimentele metingen.

Hoewel het borofaanmateriaal slechts twee atomen dik is, is de structuur behoorlijk complex vanwege de vele mogelijke rangschikkingen voor de boor- en waterstofatomen. "We hebben een belangrijke uitdaging aangepakt bij het bepalen van de atomaire structuren door het scannen van tunnelingmicroscopiebeelden en computermodellering op atomaire schaal met behulp van computervisie", aldus Maria Chan van Argonne. Gezien het succes bij het ontrafelen van deze complexe structuur, zou de geautomatiseerde analytische techniek van het team in de toekomst toepasbaar moeten zijn bij het identificeren van andere complexe nanostructuren.

Opto-elektronica

"Wat echt bemoedigend is uit onze resultaten, is dat we vonden dat een borofaan nanosheet op een zilversubstraat vrij stabiel was, in tegenstelling tot borofeen", zegt Pierre Darance van Argonne. "Dit betekent dat het gemakkelijk moet worden geïntegreerd met andere materialen bij de constructie van nieuwe apparaten voor opto-elektronica, apparaten die licht combineren met elektronica." Dergelijke lichtregelende en lichtgevende apparaten zouden kunnen worden opgenomen in telecommunicatie, medische apparatuur en meer.