Các nhà khoa học đã tạo ra các tấm nano ổn định chứa các nguyên tử boron và hydro với các ứng dụng tiềm năng trong điện tử nano và công nghệ thông tin lượng tử.

Điểm ưu việt ở đây là vật liệu hai chiều - vật liệu của khoa học với chiều dài và chiều rộng nhưng chỉ dày cỡ một hoặc hai nguyên tử. Chúng cung cấp khả năng tăng hiệu suất thiết bị chưa từng có cho các thiết bị điện tử, pin mặt trời, pin và thiết bị y tế.

Phối hợp với Đại học Northwestern và Đại học Florida, các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã đưa ra báo cáo trên tạp chí Science về bước đột phá liên quan đến vật liệu 2D gọi là borophane, một tấm boron và hydro có độ dày chỉ bằng hai nguyên tử.

Một trong những phát triển thú vị nhất của khoa học vật liệu trong những thập kỷ gần đây là tấm carbon (graphene) 2D, dày cỡ một nguyên tử và khỏe hơn thép 200 lần. Một vật liệu mới hơn và có triển vọng tương tự là một tấm boron dày một nguyên tử, được gọi là borophene.

Trong khi graphene chỉ đơn giản là một lớp nguyên tử trong số nhiều lớp giống nhau trong vật liệu phổ biến là graphite, borophene lại không có cấu trúc mẹ tương đương và rất khó điều chế. Hơn nữa, phản ứng nhanh của borophene với không khí cho thấy tính không ổn định và dễ thay đổi dạng.

Mark Hersam, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học Northwestern cho biết: “Bản thân Borophene có nhiều vấn đề cần bàn tới, nhưng khi chúng tôi trộn borophene với hydro, sản phẩm đột nhiên trở nên ổn định và hấp dẫn hơn nhiều để sử dụng trong các lĩnh vực điện tử nano và công nghệ thông tin lượng tử đang phát triển."

Nhóm nghiên cứu đã phát triển borophene trên nền bạc sau đó cho nó tiếp xúc với hydro để tạo thành borophane. Sau đó, họ làm sáng tỏ cấu trúc phức tạp của borophane bằng cách kết hợp kính hiển vi quét đường hầm với thuật toán máy tính dựa trên thị giác so sánh các mô phỏng lý thuyết của cấu trúc với các phép đo thực nghiệm.

Mặc dù vật liệu borophane chỉ dày có hai nguyên tử, nhưng cấu trúc của nó khá phức tạp vì có nhiều cách sắp xếp cho các nguyên tử boron và hydro. Maria Chan, nhà khoa học nghiên cứu nano tại Trung tâm Vật liệu nano của Argonne cho biết: “Chúng tôi đã giải quyết thách thức trong việc xác định cấu trúc nguyên tử từ việc quét hình ảnh hiển vi trong đường hầm và mô hình tính toán ở quy mô nguyên tử với sự hỗ trợ của thị giác máy tính. Với thành công trong việc làm sáng tỏ cấu trúc phức tạp này, kỹ thuật phân tích tự động của nhóm sẽ được áp dụng trong việc xác định các cấu trúc nano phức tạp khác trong tương lai.

"Điều thực sự đáng khích lệ từ kết quả thu được là chúng tôi đã tìm thấy một tấm nano borophane trên nền bạc khá ổn định, không giống như borophene", Pierre Darancet, nhà khoa học nghiên cứu nano tại Trung tâm Vật liệu nano của Argonne nhận định. "Điều này có nghĩa là nó nên được tích hợp dễ dàng với các vật liệu khác trong việc chế tạo các thiết bị mới cho quang điện tử, các thiết bị kết hợp ánh sáng với điện tử." Các thiết bị kiểm soát ánh sáng và phát sáng như vậy có thể được tích hợp vào thiết bị viễn thông, thiết bị y tế và nhiều hơn thế nữa.

"Những phát hiện này là một bước quan trọng trong việc nhận ra tiềm năng đáng kinh ngạc của borophane như một vật liệu hai chiều cho điện tử nano", Chan nói.

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210405131042.htm