硼原子伸展开来 获得新的力量

坚持，那里，石墨烯。赖斯大学的科学家表示，你可能认为你是本世纪最有趣的新纳米材料，但硼可能已经让你失败了。

一个模拟一维硼形态的水稻团队 - 两个原子宽的带和单原子链 - 发现它们具有独特的性质。这项新发现将于本周出现在美国化学学会杂志上。

例如，如果硼的金属带被拉伸，它们变成反铁磁半导体链，并且当它们被释放时它们折叠成带状。

1-D硼材料也具有与最高性能的已知纳米材料相当的机械刚度。

它们可以作为纳米级恒力弹簧。

实验室正在合成原子薄和富勒烯型硼方面取得进展，这使得赖斯研究员鲍里斯·雅科布森认为1-D硼最终可能也变得真实。

雅各布森的实验室创建了不一定存在的材料的原子级计算机模拟。模拟和测试他们的能量属性有助于指导实验者创作真实世界的材料。称为卡宾，碳富勒烯和二维薄膜的碳原子链(称为​​硼卟啉)均由Rice集团预测，后来由实验室创建。

“我们对卡宾和平面硼的研究让我们认为，硼原子的一维链也是一种可能且有趣的结构，”雅科布森说。“我们想知道它是否稳定以及属性是什么。这就是现代理论计算方法令人印象深刻的地方，因为人们可以对不存在的结构进行非常现实的评估。

“即使它们从未存在，它们仍然很重要，因为我们正在探索可能性的极限，而不是最后的边界，”他说。

一维硼形成两个明确定义的相 - 链和带 - 通过“可逆相变”连接，意味着它们可以从一种形式转向另一种形式。

为了展示这些有趣的化学机械学，研究人员使用计算机“拉”了64个原子的模拟硼带的末端。这迫使原子重新排列成单个类似卡宾的链。在他们的模拟中，研究人员留下了一段色带作为种子，当它们释放张力时，链中的原子整齐地返回到带状。

“硼与碳非常不同，”雅各布森说。“它更喜欢形成一排双排原子，就像桥梁结构中使用的桁架一样。这似乎是最稳定，能量最低的状态。

“如果你拉上它，它开始展开;原子屈服于这个单原子线。如果你释放力，它会折回，”他说。“这在结构上非常有趣，同时也改变了电子属性。

“这使它成为一个有趣的组合：当你将它拉伸一半时，你可能会有一部分色带和一部分链条。因为其中一个是金属而另一个是半导体，这就变成了一维可调节的肖特基结“。肖特基结是金属 - 半导体结处的电子势垒，并且通常用于允许电流仅在一个方向上流动的二极管中。

作为一个色带，硼是“一种真正的一维金属，对其晶格的扭曲具有鲁棒性(称为Peierls畸变)，”研究人员写道。这种类似桁架的结构赋予材料非凡的刚度，这是其抵抗施加力变形的能力的量度。

作为原子链，该材料也是应变可调的宽间隙反铁磁半导体。在反铁磁体中，原子力矩 - 原子的“向上”或“向下”自旋状态的方向 - 以相反的方向排列。磁性状态和电子传输的这种耦合对于研究自旋电子学的研究人员可能是非常感兴趣的，其中可以操纵自旋状态以产生高性能电子器件。“它可能非常有用，因为代替电荷传输，你可以进行自旋传输。这被认为是利用自旋电子学的设备的重要方向，”他说。

雅克布森说，一维硼的弹性也很有趣。“这也是一个特殊的弹簧，一个恒力弹簧，”他说。“拉伸机械弹簧的次数越多，力就越大。但是在1-D硼的情况下，需要相同的力直到弹簧完全拉伸。如果你继续拉动，它会断裂。但是如果你释放力，它完全折叠成一条丝带。这是一个机械上很好的结构。“ 他说，这种特性在纳米尺度传感器中很有用，能够测量非常小的力。