Yksiulotteinen boorinauha

Puolijohde, metalli ja jousi

Ryhmä Rice Universityn tutkijoita on simuloinut yksiulotteista muotoa booria, jossa esiintyy sekä kahden atomin levyisiä nauhoja että yhden atomin ketjuja ja löytäneet niistä ainutlaatuisia ominaisuuksia.

Boris Yakobsonin laboratorio on luonut monia atomitason tietokonesimulaatioita materiaaleista, joita ei välttämättä vielä ole. Monet heidän ennakoimista materiaaleista on sittemmin luotu labroissa.

He ovat työstäneet muun muassa karbyyneja, boorin fullereeneja ja tasomaista booria, mikä sai heidät miettimään, että yksiulotteinen ketju booriatomeja olisi mahdollinen ja kiehtova rakenne. Tämä aihealue on se missä modernit teoreettis-laskennalliset menetelmät ovat vaikuttavia, koska voi tehdä melko realistisia arvioita rakenteista, joita ei vielä ole olemassa.

Yksiulotteinen boori muodostaa kaksi hyvin määriteltyä faasia - ketjut ja nauhat - jotka ovat sidoksissa "palautuvaan faasimuutokseen" eli ne voivat kääntyä yhdestä muodosta toiseen ja takaisin.

Tietokonesimuloinneissa tutkijat "vetivät" 64 atomia sisältävän boorinnauhan päitä, mikä pakotti atomit järjestymään yhdeksi karbyynimäiseksi ketjuksi.

Boori suosii muodostaa kaksirivisiä atomeja, kuten ristikot, joita käytetään siltarakenteissa. Tämä näyttää olevan kaikkein vakain, alimman energian tila.

Jos boorinauhaa vetää, siihen alkaa kehittyä yksiatomisia säikeitä. Ja jos vapauttaa voiman se taittuu takaisin. Kun venytät sitä sopivasti osa siitä voi olla nauhaa ja osa ketjua. Koska yksi osaa siitä on metallia ja toinen puolijohdetta, rakenteesta tulee yksiulotteinen, säädettävä Schottky-liitos.

Atomiketjun materiaali on myös rasituksella viritettävä, laaja-aukkoinen antiferromagneettinen puolijohde, jossa atomien spinien tilat kohdistuvat vastakkaisiin suuntiin. Tämä magneettisen tilan ja elektronisen liikkuvuuden kytkentä voi olla erittäin kiinnostavia spintroniikan tutkijoille.

Yksiulotteinen boorin notkeus tuottaa myös erityisen vakiovoimaisen jousen. Se on mekaanisesti käyttökelpoinen esimerkiksi nanomittakaavan antureille mitata hyvin pieniä voimia.