Το βόριο είναι γνωστό ως σκληρό και σχετικά κακός αγωγός, όμως μια νέα μορφή του ανατρέπει αυτή την εικόνα. Η φάση Imma-B₆₀, που παρασκευάστηκε σε συνθήκες υψηλής πίεσης, συνδυάζει ασυνήθιστη ηλεκτρική αγωγιμότητα με πλαστική παραμόρφωση — δύο ιδιότητες που σπάνια συνυπάρχουν σε ένα υλικό.
Ένα «ανοιχτό» κρυσταλλικό δίκτυο
Η νέα μορφή αποτελείται από ένα ανοιχτό πλαίσιο ατόμων βορίου. Στη δομή του συνδέονται εικοσαεδρικά συμπλέγματα B₁₂ με τριγωνικές μονάδες B₃, δημιουργώντας κενά στον κρύσταλλο. Αυτή η αρχιτεκτονική διαφέρει από τις πιο συμπαγείς και σκληρές μορφές βορίου που ήταν γνωστές μέχρι σήμερα.
Οι ερευνητές δημιούργησαν αρχικά έναν πρόδρομο κρύσταλλο Na₄B₆₀, πιέζοντας βόριο και νάτριο και θερμαίνοντάς τα. Στη συνέχεια απομάκρυναν σχεδόν όλο το νάτριο με θερμική απαέρωση υπό κενό, στους 900 °C, αφήνοντας πίσω το πλαίσιο Imma-B₆₀.
Αγωγιμότητα σε τάξη μεγέθους πάνω από το αναμενόμενο
Οι μετρήσεις και οι υπολογισμοί δείχνουν ότι το Imma-B₆₀ έχει στενό ενεργειακό χάσμα μικρότερο από 0,2 eV και ηλεκτρική αγωγιμότητα περίπου 9×10² S/m. Η τιμή είναι περίπου επτά τάξεις μεγέθους υψηλότερη από εκείνη του β-βορίου — διαφορά που εξηγεί γιατί η ανακάλυψη χαρακτηρίζεται ως απρόσμενη.
Η βελτίωση δεν προκύπτει από την προσθήκη ενός μετάλλου στο τελικό υλικό. Προέρχεται από το ίδιο το ανοιχτό δίκτυο, το οποίο αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο μπορούν να μετακινούνται τα ηλεκτρόνια μέσα στον κρύσταλλο.
Εύκαμπτο, αλλά όχι ελαστικό
Το υλικό μπορεί να επιμηκυνθεί περίπου κατά 23% πριν σπάσει. Η παραμόρφωση αποδίδεται σε μηχανισμό ολίσθησης εξαρθρώσεων: τμήματα του κρυσταλλικού πλέγματος μετακινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο αντί να διαλύεται αμέσως η δομή.
Υπάρχει όμως μια κρίσιμη διευκρίνιση. Το Imma-B₆₀ είναι πλαστικό και όχι ελαστικό· αφού επιμηκυνθεί, δεν επιστρέφει μόνο του στο αρχικό του μήκος. Επομένως, η αντοχή του δεν σημαίνει ότι είναι έτοιμο για χρήση σε εύκαμπτες συσκευές.
Από τη χημική ανακάλυψη στην εφαρμογή
Η εργασία διευρύνει τον κατάλογο των πιθανών χρήσεων του βορίου, το οποίο μέχρι τώρα συνδεόταν κυρίως με πολύ σκληρά υλικά και ημιαγωγικές φάσεις. Ένα υλικό που άγει το ρεύμα και αντέχει μεγάλη πλαστική παραμόρφωση θα μπορούσε μακροπρόθεσμα να ενδιαφέρει την ηλεκτρονική υλικών και τους αισθητήρες.
Η πρακτική αξιοποίηση απέχει, ωστόσο, από την εργαστηριακή επίδειξη. Η σύνθεση απαιτεί υψηλές πιέσεις, προσεκτική απαέρωση και έλεγχο μιας μετασταθούς δομής. Το επόμενο ερώτημα είναι αν η διαδικασία μπορεί να κλιμακωθεί και αν το υλικό θα διατηρεί τις ίδιες ιδιότητες σε μεγαλύτερα, καθαρότερα και επαναλήψιμα δείγματα.
Πηγή: Nature και Nature Chemistry.