Borophene synthesis beyond the single-atomic-layer limit

硼酚 材料科学 扫描隧道显微镜 单层 密度泛函理论 化学物理 共价键 结晶学 纳米技术 化学 计算化学 有机化学
作者
Xiaolong Liu,Qiucheng Li,Qiyuan Ruan,Matthew S. Rahn,Boris I. Yakobson,Mark C. Hersam
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (1): 35-40 被引量:227
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01084-2
摘要

Synthetic two-dimensional (2D) materials have no bulk counterparts and typically exist as single atomic layers due to substrate-stabilized growth. Multilayer formation, although broadly sought for structure and property tuning, has not yet been achieved in the case of synthetic 2D boron: that is, borophene1,2. Here, we experimentally demonstrate the synthesis of an atomically well-defined borophene polymorph beyond the single-atomic-layer (SL) limit. The structure of this bilayer (BL) borophene is consistent with two covalently bonded α-phase layers (termed BL-α borophene) as evidenced from bond-resolved scanning tunnelling microscopy, non-contact atomic force microscopy and density functional theory calculations. While the electronic density of states near the Fermi level of BL-α borophene is similar to SL borophene polymorphs, field-emission resonance spectroscopy reveals distinct interfacial charge transfer doping and a heightened local work function exceeding 5 eV. The extension of borophene polymorphs beyond the SL limit significantly expands the phase space for boron-based nanomaterials. A borophene polymorph with two covalently bonded boron monolayers was synthesized, expanding the physical properties of borophene and filling the gap between monolayer borophene and icosahedron-based bulk boron.
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