В однослойном боре обнаружены сходные с графеном электронные свойства

Международный коллектив физиков выяснил, что электроны в веществе, состоящем из одноатомных слоев бора, борофене, обладают такими же необычными характеристиками, как и в графене. То есть носители заряда являются эффективно безмассовыми, их скорость сравнима со скоростью света, инерционность движения пропадает, при этом структура борофена отличается от кристаллической решетки графена. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters.

Графен обладает целым набором уникальных свойств, благодаря которым ему предсказывают большое будущее в электронике. Согласно новому исследованию, борофен должен обладать по крайней мере одним интересным общим свойством с графеном — наличием конусов Дирака в электронной структуре, которые связаны с мобильностью зарядов и аномальным квантовым эффектом Холла. Это открытие означает, что разнообразие кристаллических структур, проявляющих графеноподобные свойства, шире, чем считалось ранее.

Симметрия двумерной шестиугольной атомарной решетки графена приводит к точкам в пространстве энергий электронов и волновых векторов, где отсутствует зазор в структуре электронных уровней. Разрешенные зоны около этих точек имеют форму конусов, что порождает возбужденные электронные состояния, называемые дираковскими фермионами, которые ведут себя как эффективно безмассовые частицы. Помимо графена, ученые обнаружили признаки наличия конусов и фермионов Дирака в других материалах с шестиугольной решеткой, например однослойном кремнии.

Однако борофен, впервые полученный в лаборатории в 2015 году, не обладает в точности шестиугольной решеткой. При выращивании на серебряной подложке, атомы бора выстраиваются в шестиугольную структуру с дополнительными атомами, находящимися в центре некоторых ячеек. Ивао Мацуда из Токийского университета и его коллеги изучили тип борофена под названием β₁₂. Они рассчитали зонную структуру, найдя конусы Дирака. Для подтверждения открытия, они применили фотоэмиссионную спектроскопию. Выяснилось, что каждый конус расщеплен надвое из-за влияния серебряной подложки. Это работа открывает новые перспективы, так как большой размер ячеек борофена позволяет применять к нему методы атомарной инженерии.