Badania dwuwymiarowego arkusza boru, czyli borofenu, na powierzchni irydu opisano w artykule międzynarodowego zespołu naukowców kierowanego przez fizyków z Instytutu Fizyki w Zagrzebiu w Chorwacji. Praca opublikowana w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces podkreśla nanomodulowane właściwości epitaksjalnego borofenu, który działa jak siatka dyfrakcyjna dla elektronów.

Członkowie zespołu badawczego SIMAT (Surfaces, Interfaces and 2D Materials) z Instytutu Fizyki w Zagrzebiu we współpracy z naukowcami z Japonii, Holandii, Włoch, Niemiec i Chorwacji, poinformowali o przeprowadzonych badaniach, które łączyły eksperymentalne i teoretyczne podejścia w analizie strukturalnych i elektronowych właściwości monowarstwy atomów boru, borofenu, na Ir(111). Badania ujawniają znaczącą nanoskopową modulację w warstwie borofenu spowodowaną niejednorodnym oddziaływaniem między atomami B a leżącymi pod nimi atomami Ir, co ujawniły dane XPS i STM (rysunek 1). Ta modulacja prowadzi do powstania w borofenie struktury przypominającej paski, funkcjonującej jako nanosiatka dyfrakcyjna dla elektronów.
Rozpraszanie elektronów, indukowane przez tę siatkę, powoduje powstawanie replik pasm elektronowych wykrytych w widmach ARPES układu borofen/Ir(111) w pobliżu poziomu Fermiego (rysunek 2). Atomowo cienka siatka borowa, choć chemicznie (re)aktywna i podatna na modyfikacje w skali atomowej, może być łatwo odtworzona poprzez cykl rozpuszczania-segregacji, który powoduje ponowne składanie atomów boru w świeżą siatkę borofenową na powierzchni substratu Ir(111).

Rysunek. 1 Dane XPS i STM uzyskane po syntezie borofenu na Ir(111). a) Widma B 1s próbki borofenu/Ir zarejestrowane bezpośrednio po syntezie borofenu (na dole), 11 i 22 godziny po syntezie (w środku) oraz po wygrzewaniu próbki do temperatury 1100 °C (u góry). Komponenty B1 i B2 są sygnaturami zmiennego wiązania B-Ir. b) Topografia STM o wysokiej rozdzielczości, ukazująca paskową strukturę warstwy borofenu. Zielony równoległobok oznacza komórkę elementarną borofenu. Prawy górny róg: symulowany przez DFT obraz niezwiązanego borofenu.

Rysunek. 2 Porównanie powierzchni Fermiego (a) przed i (b) po syntezie borofenu na Ir(111). Widoczne są zreplikowane pasma, w postaci łukowatych elementów oznaczonych strzałkami. Dane w panelu (a) zostały zarejestrowane na linii badawczej URANOS synchrotronu Solaris (Kraków, Polska), dane w panelu (b) zostały zarejestrowane na linii VUV-Photoemission synchrotronu Elettra (Triest, Włochy).

Odkrycia podkreślają możliwości rozpraszania materiałów 2D i zachęcają do dalszych badań różnych polimorfów borofenów, które mogą wykazywać różne zjawiska superperiodyczności. Ponadto badanie zapewnia kompleksowe zrozumienie struktury elektronowej epitaksjalnego borofenu, co ma kluczowe znaczenie dla rozwoju zastosowań opartych na borofenach.

Autor: Marin Petrović

Link do publikacji: S. Kamal et al., Unidirectional Nano-modulated Binding and Electron Scattering in Epitaxial Borophene, ACS Applied Materials & Interfaces, (2023) doi: 10.1021/acsami.3c14884