Химики впервые наблюдали боровый бакминстерфуллерен — полую клетку из 80 атомов бора (B₈₀), существование которой оспаривали с 2007 года. Открытие принадлежит группе Лай-Шэна Ванга из Brown University. Углеродные бакминстерфуллерены — «бакиболы» — положили начало нанонауке. Бор, стоящий слева от углерода в таблице Менделеева, давно считался кандидатом на собственную версию такой структуры. «Бор — нарушитель правил в химии. То, что 80 атомов собираются в такую структуру, — я до сих пор считаю это невероятным», — говорит Ван.
Первый автор работы Хён Чой получал кластеры бора лазерным испарением мишени. В гелий-носитель добавляли аргон, чтобы охладить и стабилизировать структуру. Только при правильном охлаждении B₈₀ собирается в единственную форму. В итоге получили фотоэлектронный спектр — «отпечаток» материала — с тремя острыми пиками, точно совпадающими со структурой фуллерена. «Увидев спектр, я понял, что смотрю на нечто выдающееся», — говорит Чой.
Результаты прямо противоречат массе теоретических расчётов. Главный метод поля — Density Functional Theory (DFT) — ставит геометрию бакибола на одно из последних мест по стабильности среди всех вариантов структуры B₈₀. Чтобы подтвердить выводы, исследователи смоделировали спектры для всех конкурирующих структур. Совпал только бакибол. «DFT ошибается для этой конкретной системы. Это бросает вызов методам DFT», — заявляет Ван. Борис Якобсон из Rice University, который первым предсказал стабильность боровой клетки, считает расхождение не столь драматичным — если пересчитать разницу на один атом.
Группа Ванга уже получала боровую клетку из 40 атомов в 2014 году. Но у неё нет симметрии футбольного мяча, как у углеродного C₆₀. «B₈₀ — точный аналог C₆₀», — объясняет Ван. Клетки валентно-изоэлектронны: у обеих по 240 валентных электронов и почти идентичные связи. Из-за чуть большего диаметра и более сильного сродства к электрону B₈₀ может оказаться лучшим акцептором электронов. Ван предполагает, что в массе вещество могло бы стать полупроводником, материалом для хранения водорода или — при легировании — сверхпроводником. Но пока синтеза в объёме нет: мешают плохая проводимость бора и два природных изотопа.
Группа планирует проверить реакционную способность B₈₀ с водой и кислородом. Если связи бор-бор уцелеют, объёмный синтез может стать реальностью. Ван настроен оптимистично — после того как его команда предложила борофен (2D-аналог графена из бора), две независимые группы синтезировали его за два года. «Как только докажешь, что это возможно, люди попробуют», — резюмирует учёный.