石墨烯可以來自石墨。但硼墨烯呢?然而並沒有硼酸鹽這種東西。
與它的碳表兄弟不同，二維硼吩不能從更大的自然形式中還原。塊狀硼通常只與其他元素結合才能找到，而且肯定不是分層的，所以硼吩必須由原子組成。即使這樣，你得到的波羅芬也可能不是你所需要的。
因此，萊斯大學和西北大學的研究人員開發了一種觀察二維硼吩晶體的方法。
瞭解如何實現特定的多晶型可以幫助製造商將具有理想的電子、熱、光學和其他物理特性的硼吩納入產品中。
萊斯布朗工程學院的材料物理學家Boris Yakobson和西北大學的材料科學家Mark Hersam領導了一個研究小組，他們不僅發現瞭如何觀察硼吩晶格的納米結構，還建立了有助於表徵晶體形態的理論模型。
他們的研究結果發表在《自然通訊》雜誌上。
萊斯大學和西北大學的科學家們已經開發出一種技術來獲取二維硼吩的圖像，並將其與模型進行匹配。多態硼吩在電子、熱、光學等領域具有廣闊的應用前景。研究人員還創建了一個相圖(右圖)，其中詳細描述了迄今為止觀察到的硼吩多態性。
即使是少量的硼吩也很難製造。如果能夠擴大規模，製造商很可能希望對其應用進行微調。賴斯和西北大學的研究小組所瞭解到的情況將在這方面有所幫助。
石墨烯只有一種形式——一組六邊形，就像鐵絲網一樣——但完美的硼吩是一組三角形網格。然而，硼吩是一種多形性，一種可以有多個晶體結構的材料。在硼吩晶格中留下“空心六邊形”圖案的空位決定了它的物理和電學性質。
雅可布森說，理論上有超過1000種形式的硼吩，每種都有其獨特的特性。
“它有許多可能的模式和原子網絡連接在晶格中，”他說。
這個項目開始於Hersam的西北實驗室，那裡的研究人員用碳原子和氧原子的尖端來修飾原子力顯微鏡的鈍頭。這使他們有能力掃描一片硼吩薄片，以探測硼原子間的共價鍵對應的電子。他們用一種類似的改進掃描隧道顯微鏡發現了一個缺失硼原子的空心六邊形。
通過分子束外延掃描不同溫度下生長在銀基底上的薄片，發現隨著生長條件的改變，銀薄片的晶格結構發生了變化。
“現代顯微技術非常複雜，但不幸的是，你得到的圖像通常很難解釋，”雅科布森說。也就是說，很難說一個圖像對應於一個特定的原子晶格。這遠非顯而易見，但這就是理論和模擬的用武之地。”
雅科布森的團隊利用第一性原理模擬，通過計算硼原子和底物原子的相互作用能，來確定為什麼硼吩具有特定的結構。他們的模型與西北大學生產的許多硼吩圖像相匹配。
他說:“我們從模擬中瞭解到，從金屬基板到硼吩的電荷轉移程度很重要。”“有多少這樣的事情正在發生，從無到有，可以產生很大的影響。”
研究人員通過分析證實，硼吩也不是外延膜。換句話說，底物的原子排列並不決定硼吩的排列或旋轉角度。
研究小組製作了一個相圖，展示了硼吩在特定溫度和多種基底上可能如何形成，並指出，他們的顯微技術進步對於發現新興2D材料的原子結構將是很有價值的。
展望未來，Hersam說，“開發出表徵和控制硼吩原子結構的方法，是實現這種材料的許多擬議應用的重要一步，這些應用範圍從柔性電子到量子信息科學中的新興主題。”
西北大學的劉曉龍和水稻研究所的王魯青是本文的主要作者。合著者是西北大學的李少偉和馬修·雷恩。Yakobson是材料科學和納米工程的Karl F. Hasselmann教授和萊斯大學的化學教授。Hersam是西北大學材料科學與工程的Walter P. Murphy教授。
海軍研究辦公室、國家科學基金會、能源部科學辦公室和西北大學國際納米技術研究所支持了這項研究。
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