Ученые усомнились в реальности борофена

Две группы химиков пришли к противоположным выводам о возможности существовании аналога графена, составленного из атомов бора. Ученым из Университета Брауна и китайского Университета Цинхуа удалось получить молекулу, напоминающую фрагмент такого вещества; ученые из МФТИ и Нанкинского университета рассчитали, что оно не может существовать в плоской форме. Обе работы опубликованы практически одновременно: первая их них появилась в Nature Communications, вторая принята к печати в Physical Review Letters (препринт выложен в архиве). Кратко об исследованиях пришет IOP Physics World.

Первой группе удалось получить вещество B36, представляющее собой 36 атомов бора, соединенных в сетку с центральной дыркой. Ученые утверждают, что вещество имеет почти плоскую, слегка искривленную форму и, за исключением краевых атомов, фактически является фрагментом ранее предсказанного альфа-листа из бора. Получить молекулу авторам удалось за счет испарения отдельных атомов кристаллического бора и последующего их охлаждения в вакууме атомами гелия. Полученные «чешуйки» квазиплоского бора ученые собирали в масс-спектрометре и исследовали их стабильность методом фотоэлектронной спектроскопии. Полученное вещество получило название борофен, однако, авторы не знают, обладает ли оно ключевым свойством графена — уникальной мобильностью электронов.

Вторая группа, в которую вошел кристаллограф Артем Оганов, провела компьютерное моделирование плоского бора и обнаружила, что такое вещество (альфа-лист) обладает значительным избытком энергии, то есть не стабильно. В реальных условиях оно должно самопроизвольно превратиться из плоского в многослойное. Строго говоря, расчеты химиков не исключают возможность существования отдельных квазиплоских молекул наподобие B36, но делают крайне маловероятным существования больших плоскостей из бора. Интересно, что при этом авторам моделирования удалось обнаружить такую форму бора (Pmmn-бор), которая по электронным свойствам напоминает графен, хотя ее атомы и не лежат на одной плоскости.

Перспективность и популярность графена привела в последние годы к поиску аналогов, составленных из атомов других элементов. Наиболее изученными «заменителями» углерода пока являются силицен, нитрид бора и станен.