Članovi naše SIMAT grupe, s doktorandom Bornom Radatovićem kao vodećim autorom, objavili su rad u prestižnom časopisu ACS Applied Materials & Interfaces, u kojem su uspješno povezali sintezu borofena na velikim skalama i njegov transfer na proizvoljne podloge. Kvaliteta transferiranog borofena, koja je ključna za buduće primjene, u radu je potvrđena kombiniranim eksperimentalnim i teorijskim pristupom.

Macroscopic Single-Phase Monolayer Borophene on Arbitrary Substrates

Borna Radatović, Valentino Jadriško, Sherif Kamal, Marko Kralj, Dino Novko, Nataša Vujičić, Marin Petrović. ACS Applied Materials and Interfaces (2022).

DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.2c03678

Uspješna sinteza 2D materijala na velikim skalama te njihova mehanička manipulacija neki su od glavnih uvjeta za iskorištavanje potencijala 2D materijala za industrijsku primjenu. Isto vrijedi i za 2D oblik bora, odnosno borofen, koji je jedan od glavnih kandidata za iduću generaciju uređaja za fleksibilnu elektroniku i pohranu energije. U ovome radu uspješno su povezane sinteza jednoslojnog borofena visoke kvalitete te njegov mehanički transfer na proizvoljnu podlogu. Borofen je dobiven pomoću CVD (chemical vapor deposition) rasta na monokristalu Ir(111) u vakuumu, pri čemu su mu kristalna struktura i kvaliteta potvrđene elektronskom difrakcijom. Dodatno, uzorak je karakteriziran ex situ Raman spektroskopijom te mikroskopom atomskih sila (AFM-om) kako bi se provjerila njegova ambijentalna stabilnost i topografija (Slika 1).

Slika 1. AFM slike borofena na Ir kristalu. (a) Područje u potpunosti pokriveno borofenom. (b) Područje djelomično pokriveno borofenom. (c) i (d) Fazne slike područja iz (a) i (b). (e) i (f) Linijski profili označeni strelicama na (a) i (b).

Nakon potvrde stabilnosti, borofen je transferiran na Si wafer pomoću elektrokemijske delaminacije u dva koraka. Ovom metodom uspješno su prebačeni fragmenti borofena lateralnih dimenzija od skoro jednog milimetra. Substrat na koji se transferira 2D materijal može biti proizvoljno odabran ovisno o specifičnim zahtjevima i potrebi za konkretnu primjenu. Pomoću AFM-a i pretražnog elektronskog mikroskopa (SEM-a) potvrđen je uspješan transfer bez značajnih kontaminacija i uz minimalna mehanička oštećenja (Slika 2).

 Slika 2. Analiza Borofena nakon transfera na Si wafer. (a) SEM slika. (b) Optička slika najvećeg transferiranog fragmenta borofena. (c) AFM slika borofena. (d) Linijski profil označen strelicom na (c).

Konačna potvrda ambijentalne stabilnosti nakon vađenja iz vakuuma te minimalne strukturalne deformacije borofena nakon transfera dobivena je usporedbom Raman spektara borofena izmjerenih na Ir kristalu te na Si waferu. Dodatna potpora u identifikaciji pojedinih Raman modova te analiza slaganja odnosno razlika Raman spektara na Ir kristalu i Si waferu omogućena je teorijskim (DFT) računom slobodnostojećeg borofena (Slika 3). Ovakva analiza omogućuje standardizaciju Raman spektroskopije kao brze i efikasne metode za provjeru kvalitete borofena.

Slika 3. Raman karakterizacija Borofena. (a) DFT račun Raman spektra samostojećeg borofena. (b) Izmjereni Raman spektar borofena na Ir kristalu te (c) borofena na Si waferu. Vertikalne obojene linije označavaju zajedničke Raman modove.

Ovi rezultati predstavljaju veliki korak prema budućem iskorištavanju borofena za kompleksnije sisteme i uređaje, odnosno za perspektivne primjene kao što su pohrana energije, optoelektronički i fleksibilni elektronički uređaji, pri čemu je fizička manipulacija borofena ključan korak za njihovo ostvarenje.