Bilim insanları, bor ve hidrojen atomlarını birleştirerek, nanoelektronik ve kuantum bilgi teknolojilerinde çığır açacak, stabil borofan nanoyapraklar üretmeyi başardı. Nanoteknolojideki bu gelişme sayesinde güneş pilleri, bataryalar ve tıbbi elektronik cihazlarda inanılmaz performans artışı vadediyor.
Northwestern Üniversitesi ve Florida Üniversitesi ile işbirliği ve ABD Enerji Bakanlığı’nın ( DOE ) Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan bilim insanlarının Science dergisinde yayınlandığı 2 boyutlu malzemeye borofan adı verildi. Bor ve hidrojenden oluşan bu nano yapraklar, sadece 2 atom kalınlığında ve bu gerçekten yeni nesil bir nano-malzeme.
Bilim dünyasında son yıllarda heyecan verici birçok gelişme yaşandı. Bu gelişmelerden biri kuşkusuz grafen adı verilen ve sadece bir atom kalınlığındaki malzemedir. Grafen çelikten 200 kat daha güçlüdür. Yeni geliştirilen borofen malzemesi de grafen gibi geleceğin malzemesi olabilir. Borofen ilk olarak Argonne Nano Malzemeler Merkezindeki çok uluslu bir araştırma ekibi tarafından 2015’de sentezlendi.
Normalde grafen, grafitin atomik tabakalarından birinin ayrılmasıyla oluşur. Fakat borofen, grafen gibi ana yapıdan ayrılan bir parça değildir ve hazırlanması oldukça zordur. Dahası borofen, havayla çabuk reaksiyona girdiğinden çok dengesiz ve form değiştirmeye hazırdır.
“Borofenin başta her türden problemli bir malzemeydi. Fakat biz borofenle, hidrojeni birleştirdiğimizde ürün aniden daha stabilleşerek, nanoelektronik ve kuantum bilgi teknolojilerinde kullanıma hazır hale geldi,” diyor Northwestern Üniversitesi’nden Malzeme Bilimleri ve Mühendisliği’nden Prof. Mark Hersam.
Araştırma ekibi borofenin önce gümüş substratta büyüttü ve sonra hidrojene maruz bırakarak borofan oluşturdu. Sonra bilgisayar görselli algoritma ve taramalı tünelleme mikroskopu kullanarak kompleks bir yapı açığa çıkardı. Bu algoritma, yapay zeka kullanarak teorik simülasyonlar ve deneysel ölçümleri kıyaslıyor ve yapının aydınlatılmasına yardımcı oluyor.
Borofan Yapısı, Yapay Zeka Algoritması ve Taramalı Elektron Mikroskopuyla Aydınlatıldı
Borofan malzemesi sadece iki atom kalınlığında olmasına rağmen, bor ve hidrojen arasındaki dizilim kombinasyonlarının sıklığı nedeniyle oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. “Bilgisayar modellemesi ve taramalı tünellemeli mikroskop kullanarak, atomik yapıları belirlemede büyük bir zorluğu aştık, “diyor Argonne’dan Nano bilimci Maria Chan. Kompleks bir yapıyı aydınlatmaya yarayan bu otomatik analitik teknik, gelecekte diğer nano yapıları aydınlatmada kullanılabilir.
Borofenin hidrojenle stabil hale getirilmesi sayesinde, optoelektronik yani ışıkla çalışan cihazların yapımında kullanılma alanı doğacaktır. Telekomünikasyon, tıbbi ekipmanlar ve birçok alanda ışık kontrolü sağlanabilir. Işık yayan cihazlarda kullanılarak görüntüleme teknolojilerinde yer alabilir.
“Elde edilen bu bulgular, borofanın nanoelektroniklerde iki boyutlu malzeme olarak inanılmaz bir potansiyeli olduğunu-kavramada çok önemli bir adımdır,” diyor Chan.
Araştırma Referansı: “Synthesis of borophane polymorphs through hydrogenation of borophene,” appeared in Science. Authors are Q. Li, V.S.C. Kolluru, M.S. Rahn, E. Schwenker, S. Li, R.G. Hennig, P. Darancet, M.K.Y. Chan and M.C. Hersam.
Bu çalışma, Deniz Araştırmaları Ofisi, Ulusal Bilim Vakfı, DOE Temel Enerji Bilimleri Ofisi ve Argonne’den Laboratuar Yönetimli Araştırma ve Geliştirme fonu tarafından desteklenmiştir.
Malzeme bilimi oldukça iyi bir tempo yakalamış, harika işler çıkarıyor, 2025’den sonra hayatımız da gözle görülür değişikler olacak!