Pamirškite viską, ką manėte žiną apie borą. Anksčiau laikytas kietu, trapiu periodinės lentelės keistuoliu, šis elementas ką tik įgavo naują charakterį: lankstus, porėtas ir stulbinančiai geriau perduoda elektrinį srautą.
Tyrėjai sintetino anksčiau tik teorinę boro alotropą, pavadintą Imma-B60, pradėdami nuo natrio turinčio prekurzoriaus ir kruopščiai pašalindami natrį, kad liktų nauja boro karkaso struktūra. Gudrybė buvo tiek cheminė, tiek mechaninė: užauginti Na4B60 kristalus ant tarpinio sėklinio sluoksnio, kad susidarytų dideli, gerai sutvarkyti grūdai, o tada kaitinti vakuuminėje krosnyje maždaug 900 °C dvi dienas, kad natrio atomai ištirptų ir boro karkasas išliktų.
Gautas rezultatas nėra tankus, deimantui panašus sutankinimas, kurį dažniausiai siejame su boru. Vietoje to Imma-B60 suformuoja atvirą, narvams panašią tinklo struktūrą. Įsivaizduokite 12 atomų boro narvus, sujungtus trijų atomų jungtimis, mažytėmis kameromis, sujungtomis siaurais koridoriais. Tos tuščios ertmės suteikia atomams šiek tiek laisvės esant apkrovai, todėl medžiaga gali deformuotis, o ne trupėti.
Kiek deformacijos? Masės mėginiuose naujasis boras atlaikė maždaug 23 % deformaciją prieš lūžį. Mikroskopiniuose bandiniuose ši reikšmė pakilo iki maždaug 32 %. Šie skaičiai svarbūs, nes dauguma kietų, trapių medžiagų įtrūksta gerokai anksčiau, negu pasiekia tokį ištempimą. Čia porėtumas ir topologija perprogramuoja mechaninį atsaką.
Mechaniniai siurprizai yra tik pusė istorijos. Imma-B60 elektroninės savybės žymiai skiriasi nuo įprasto boro. Ten, kur įprasti boro alotropai turi juostos plyšius didesnius nei apie 1,5 elektronvoltų ir todėl yra prasti laidininkai, Imma-B60 turi juostos plyšį mažesnį nei 0,2 eV. Paprastai tariant: elektronams tenka kur kas mažesnė energinė barjera.
Kambario temperatūroje Imma-B60 praleidžia elektrinį srautą maždaug 10 milijonų kartų geriau nei įprastas boras, o matuojamasis laidumas siekia apie 900 siemensų per metrą.
Tai nepaverčia boro klasikiniu metalu. Vietoje to medžiaga elgiasi kaip didelio laidumo puslaidininkis, tarpinė būsena, kuri gali būti būtent tai, ko ieško konstruktoriai subalansuodami svorį, tvirtumą ir elektronines charakteristikas. Įsivaizduokite lengvą konstrukcinę dalį, kuri taip pat perduoda srovę; įsivaizduokite naujas elektrodo architektūras ar komponentus specializuotoje elektronikoje, kur svarbūs tankis ir atsparumas spinduliuotei.
Kodėl šis alotropas elgėsi taip kitaip? Paaiškinimas slypi atominiame lygmenyje. Atvira tinklo struktūra sumažina lokalizuotų elektronų būsenų persidengimą, kurios paprastai fiksuoja elektronus vietoje. Su narvų ir jungčių motyvu juostos išsiplečia, energetinis tarpas susiaurėja ir tai leidžia laisviesiems nešikliams judėti lengviau įprastose temperatūrose. Natrio pašalinimas nebuvo vien tik valymo žingsnis, tai buvo struktūrinis atradimas.
Darbas yra ankstyvame etape. Imma-B60 aprašytas Nature Chemistry, ir kol įrenginiai su šiuo boru pasieks praktinį taikymą, lieka spręsti technines kliūtis. Gamybos mastelio didinimas, apdirbimas, sąsajos su kitomis medžiagomis ir ilgalaikis stabilumas eksploatacijos sąlygomis reikalauja kruopščių tyrimų.
Vis dėlto tyrimas pabrėžia platesnę pamoką: elemento likimas nėra nulemtas jo langelio periodinėje lentelėje. Nedideli tų pačių atomų persitvarkymai gali kardinaliai pakeisti mechaninę ir elektroninę elgseną, atverdami kelią medžiagoms, kurios yra tiek tvirtos, tiek naudingos elektronikoje. Ši idėja ilgai nežadins ramybės medžiagų mokslininkams, ir tai yra geras dalykas.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.