Mais de dez anos atrás, os pesquisadores universitários receberam liderados pelo cientista de Boris Yakobson dos materiais, desde que os átomos de Boro se agarrassem muito intimamente para o cobre para formar borofeno, um material bidimensional flexível e metálico com potencial através de eletrônicos, energia e catálise. Agora, uma nova pesquisa mostra que a previsão é mantida, mas não da maneira que alguém esperava.
Ao contrário de sistemas como grafeno de cobre, nos quais os átomos podem se espalhar 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 sobre avanços científicos de pesquisadores da Rice e da Northwestern University, prepara as fundações para uma exploração adicional de uma classe de materiais 2D relativamente não explorada.
“O borofeno ainda é um material à beira da existência, e isso faz com que qualquer fato, empurrando o envelope de nosso conhecimento em materiais, físicos e eletrônicos”, disse Yakobson, professor de engenharia de Karl F. Hasselmann e professor de materiais e química. “Nossa primeira análise teórica alertou que, no cobre, Boron ligou demais. Agora, mais de uma década depois, acontece que estávamos certos – e o resultado não é borofeno, mas outra coisa”.
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 poderia formar o borofeno polimórfico em cobre, enquanto outros sugeriram que ele poderia ser separado na fase boridal ou mesmo nuclear em cristais a granel. A resolução dessas possibilidades solicitou uma investigação apenas detalhada que combinava imagens de alta resolução, espectroscopia e modelagem teórica.
“O que meus colegas experimentais viram pela primeira vez esses ricos modelos de imagens de resolução atômica e assinaturas de espectroscopia, que solicitaram muito trabalho de interpretação”, disse Yakobson.
Esses esforços revelaram uma superestrutura periódica em zigue -zague e assinaturas eletrônicas distintas, ambas desviadas significativamente por fases de borofeno bem conhecidas. Uma forte correspondência entre dados experimentais e simulações teóricas contribuiu para resolver um debate sobre a natureza do material que se forma na interface entre o substrato de cobre e o ambiente quase vacum da câmara de crescimento.
Embora o boreto de cobre não tenha sido o material que os pesquisadores fizeram, sua descoberta oferece informações importantes sobre como o boro interage com diferentes substratos metálicos em ambientes bidimensionais. O trabalho expande o conhecimento sobre a formação de materiais boridos de metal atomicamente sutis-uma área que poderia informar os estudos futuros dos compostos relacionados, incluindo aqueles com relevância tecnológica conhecida, como borídeos metálicos entre cerâmica a temperatura mais 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 borídeos de metal 2D que podem ser feitos experimentalmente. Mal podemos esperar para explorar essa nova família de materiais 2D que possuem um amplo uso potencial em aplicações que variam de armazenamento eletroquímico de energia ao estudo da informação quantum.
A descoberta ocorre logo após outro ponto de virada ligado ao Boro pela mesma equipe da teoria do arroz. Em um estudo separado publicado no ACS Nano, os pesquisadores mostraram que o borofeno pode formar articulações laterais de alta qualidade, a partir da borda a bordo com grafeno e outros materiais 2D, oferecendo um melhor contato elétrico também em comparação com o ouro “pesado”. A justaposição dos dois resultados destaca a promessa e o desafio de trabalhar com o boro em 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 final, tudo correu bem e forneceu uma resposta lógica – boreto de metal, bingo! No começo, foi inesperado, mas agora está resolvido – e a ciência pode continuar”.
A pesquisa foi apoiada pelo Escritório de Pesquisa Naval (N00014-21-1-2679), pela National Science Foundation (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 das instituições financiadoras.
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