El “Grafeno blanco” la hoja más grande del esquivo material acaba de ser creada en China

El desarrollo de materiales bidimensionales (2D) ha abierto posibilidades para su aplicación en electrónica, optoelectrónica y fotovoltaica, porque pueden proporcionar dispositivos de menor tamaño, mayor velocidad y funcionalidades adicionales en comparación con los dispositivos convencionales basados ​​en silicio.

Físicos chinos han creado una hoja cuadrada de nitruro de boro hexagonal bidimensional con un área de aproximadamente cien centímetros cuadrados, lo que es casi mil veces más que el récord anterior. El método propuesto por los autores puede adaptarse fácilmente para el crecimiento de otros cristales bidimensionales. El artículo fue publicado en Nature, y la preimpresión del trabajo está disponible en arxiv.org.

Imagen de la superficie de la lámina después del recocido, obtenida mediante un microscopio de fuerza atómica Li Wang et al. / Nature, 2019

Para construir una película de “grafeno blanco” en la lámina, los investigadores colocaron un crisol de óxido de aluminio sobre ella, la llenaron con borazano H3B-NH3 y la calentaron a una temperatura de 1035 grados centígrados. Tan pronto como el crisol se calentó, los científicos bajaron la presión del gas a 0,002 de atmósfera y lo soplaron con una mezcla de argón e hidrógeno. Después de aproximadamente una hora de síntesis, aparecieron dominios separados de nitruro de boro en la superficie de la lámina, y después de otras dos horas, los dominios se fusionaron en un cristal sólido de dos dimensiones.

Los científicos monitorearon el crecimiento de los cristales utilizando rayos X, Raman y espectroscopia de absorción, así como también utilizando un microscopio de fuerza atómica y un microscopio de barrido electrónico de transmisión. Todos estos métodos han confirmado que el material bidimensional es un cristal hexagonal de nitruro de boro. Además, las mediciones mostraron que el crecimiento del dominio siempre comenzó al pie del escalón, debido a que el 99.5% de los dominios estaban orientados en una dirección. Así, el cristal de grafeno blanco fue homogéneo.

Finalmente, para explicar por qué los dominios alinean los pasos, los científicos calcularon numéricamente la energía de enlace del paso y el borde del dominio hexagonal de boro. Para ello, los físicos utilizaron la teoría de la densidad funcional. Como se esperaba, los cálculos mostraron que es más beneficioso para el dominio orientarse a lo largo de la dirección <221> en un cristal de cobre. Las desviaciones insignificantes de esta regla son atribuidas por los científicos a los defectos en los pasos.

Posibles aplicaciones

Los autores del artículo creen que en el futuro el método desarrollado por ellos se puede adaptar para el crecimiento de otros cristales bidimensionales con simetría reducida, por ejemplo, los dicalcogenuros de metales de transición. Esto, a su vez, reducirá el costo de producción de dispositivos bidimensionales.

Los físicos a menudo usan nitruro de boro hexagonal bidimensional como ayuda en otros experimentos. Por ejemplo, en agosto de 2015, investigadores del laboratorio de Andrei Geim en la Universidad de Manchester ofrecieron “laminar” materiales bidimensionales inestables con capas estables de “grafeno blanco” y luego probaron el método propuesto en monocapas de fósforo negro y seleniuro de niobio.

En agosto de 2018, los científicos desarrollaron una heteroestructura rotatoria que consistía en capas de grafeno y nitruro de boro hexagonal. Las capas pueden rotarse entre sí y, por lo tanto, controlar las propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas de la heteroestructura formada. En abril de 2019, los científicos estadounidenses establecieron un récord para la densidad de las fuentes de fotones cuánticos utilizando una hoja de grafeno blanco, acercándose así al límite teórico. Además, al usar nitruro de boro bidimensional, puede imprimir transistores flexibles, separar isótopos de hidrógeno y convertir un aislante topológico en un superconductor.

Via Nature