Бор, химический элемент, стоящий в периодической таблице рядом с углеродом, известен своей уникальной способностью формировать сложные сети связей. В отличие от углерода, который обычно связывается с двумя или тремя соседними атомами, бор может делиться электронами с несколькими атомами. Это приводит к широкому разнообразию наноструктур. К ним относятся боровые фуллерены — полые молекулы, похожие на клетки, и борофены — ультратонкие металлические листы из атомов бора, расположенных в треугольной и шестиугольной структурах.
Единая модель проектирования бора наноструктур
Доктор Невилл Гонсалес Швацки разработал модель, объясняющую разнообразие наноструктур бора. Анализ, опубликованный в журнале 2D Materials, объединяет более десятка известных наноструктур бора, включая экспериментально наблюдаемые фуллерены B₄₀ и B₈₀.
Используя квантово-механические расчёты на основе первых принципов, исследование показывает, что структурные, энергетические и электронные свойства этих систем можно предсказать, рассматривая пропорции атомов с четырьмя, пятью или шестью связями. Результаты выявляют чёткие связи между конечными и протяжёнными структурами бора.
Фуллерен B₄₀ соответствует слою борофена χ₃, в то время как B₆₅, B₈₀ и B₉₂ соединяются с листами борофена β₁₂, α и bt соответственно. Эти структурные связи предполагают, что новые боровые клетки могут быть созданы с использованием известных двумерных шаблонов бора.
Координационный подход
Подход, основанный на координации, не только объединяет ранее отдельные структурные семейства, но и объясняет общие тенденции: более высокая атомная координация обычно приводит к большей стабильности наноструктур бора, в то время как их электронные свойства больше зависят от геометрии и расположения орбиталей.
Например, некоторые клетки, такие как B₄₀, имеют большие электронные промежутки из-за их компактной и симметричной формы, в то время как высококоординированные структуры могут быть металлическими или иметь меньшие промежутки. Таким образом, число атомных связей служит объединяющим и прогностическим фактором, а не прямой мерой электронных свойств.
«Представленная здесь концепция служит руководством для проектирования новых наноструктур бора с определёнными магнитными, электронными или механическими свойствами. Она также может поддержать будущие эксперименты с использованием методов кластерного пучка или поверхностного роста», — подчёркивает Гонсалес Швацки.
Публикация и перспективы
Публикация исследователя из Варшавского университета демонстрирует, что бор остаётся исключительно универсальной платформой для создания настраиваемых наномасштабных материалов, объединяя молекулярный и двумерный миры.
Предоставлено:
[Варшавский университет](https://phys.org/partners/university-of-warsaw/)
[Официальный сайт Варшавского университета](http://www.uw.edu.pl/en/)