Borofen pod řádkovacím elektronovým mikroskopem. Kredit: Andrew Mannix.

Objev grafenu v roce 2004 inspiroval materiálové vědce k vytváření dalších podobných materiálů s podobnými vlastnostmi. Teď do prestižního 2D klubu vstupuje další materiál, borofen (anglicky borophene). Jak jeho jméno napovídá, jde o strukturu vytvořenou z atomů bóru, tedy prvku s protonovým číslem 5. Poslední dobou se objevilo několik teoretických studií, jak by borofen mohl vypadat, například struktura zvaná B36 ze 36 atomů bóru, která má uprostřed šestiúhelníkovitou díru. Není to ale jediná možnost. Právě syntetizovaný borofen vypadá jinak.

Mark Hersam. Kredit: Northwestern University.

Slavná struktura grafenu připomíná včelí plástev, kterou tvoří šestiúhelníky z atomů uhlíku. Nový borofen je podobný, jen má uprostřed každého šestiúhelníku ještě jeden atom bóru. Právě ho syntetizoval Mark Hersam ze Severozápadní univerzity v Evanstonu, stát Illinois a jeho spolupracovníci. I když borofen zatím ještě nevytvořili jako samostatný materiál, je podle nich velice slibný. Už předběžný výzkum naznačuje, že by borofen mohl v některých ohledech překonat svého slavného předchůdce z uhlíku.

Hersam a spol. syntetizovali borofen na stříbrném substrátu odpařováním atomů bóru z kusu pevného bóru v ultravysokém vakuu, při teplotách 450 až 700 stupňů Celsia. A pak si s ním pohráli. Ukázalo se, že borofen se chová jako kov, přestože bór je za normálních okolností mizerný vodič. Když byly vzorky borofenu vystaveny vzduchu, tak za pár hodin zoxidovaly, pod ochranou vrstvou křemíku ale vydržely stabilní po několik týdnů.

Syntetizovaný borofen na stříbrném substrátu. Atomy bóru fialově, stříbra stříbrně. Kredit: Mannix et al. (2014), Science.

Odborník na nanomateriály Deji Akinwande z Texaské univerzity v Austinu si pochvaluje, že borofen se dost odlišuje od jiných podobných 2D materiálů, které jsou převážně polovodiče. Obrázky borofenu pod řádkovacím tunelovým mikroskopem prozradily, že tenhle materiál může mít různé formy, v závislosti na teplotě, při jaké probíhá syntéza borofenu. Některé borofeny jsou hladké, jiné jsou zase zvlněné jako zorané pole. Výpočty ukazují, že zvlněný borofen vede elektřinu mnohem lépe po hřbetu vln, než mezi nimi. Dokonce by v této vodivosti mohl překonat grafen.

Teoretický borofen B36. Kredit: Materialscientist / Wikipedia Commons.

Hersamův tým pokračuje v experimentech a intenzivně ověřuje vlastnosti borofenu. Už teď se prý zdá, že by se borofen dobře uplatnil v některých aplikacích, například v přepínatelných filtrech pro polarizované světlo. Dalším zásadním krokem teď podle Akinwandeho bude vyrobit samostatný boforen, čímž se otevřenou široké možnosti jeho výzkumu i praktických aplikací. Například, až vědci vytvoří samostatnou vrstvu borofenu, tak ho bude možné přenést na nevodivý substrát a pak přesně změřit jeho vodivost. Podle anorganického chemika Hermanna Sachdeva z Technické univerzity v německém Kaiserslauternu to ale není zrovna snadné. Bór totiž vesele reaguje prakticky se vším okolo.

Na druhou stranu, reaktivita bóru je i jeho výhodou. Borofen je tím pádem možné relativně snadno modifikovat navázáním chemických skupin anebo vložit mezi vrstvy jiných materiálů, jako do sendviče, a vyladit tak vlastnosti výsledného materiálu. Ve prospěch borofenu hovoří i to, že materiály z bóru bývají velmi extrémně tvrdé. Pokud se badatelům povede zkrotit jeho chemickou živočišnost, tak by se s ním mělo zacházet snadněji než s takovým silicenem nebo germanenem, které jsou křehčí. Hersam si tipuje, že by se lidé, kteří teď dělají na silicenu, mohli zaměřit právě na borofen. Jak je vidět, 2D materiály jsou stále ve středu pozornosti.


Video:  Materials Scientist Mark Hersam


Literatura
Nature News 17. 12. 2015, Science 350: 1513–1516, Wikipedia (Borophene).