Borophene. Som grafen, men bedre.

Grafen laget av bor

Materialvitenskapen gjør stadig nye oppdagelser, en av dem er 2D-materialer. De er materialer organisert i et tynt lag på kun ett atom, derav navnet. Den første var enkeltnivå grafen, som først ble produsert med sikkerhet i 2004, selv om idéen og teorien om den var mye eldre, og som førte til at oppdagerne vant Nobelprisen i fysikk i 2010.

Borofen, et annet 2D-materiale, er enda nyere, og ble oppdaget først i 2015. Det er laget av boratomer i stedet for karbonatomene som brukes i grafen. Det er enda mer ledende, tynnere, lettere, sterkere og fleksibelt enn grafen, til tross for at grafen ofte blir beskrevet som et mirakelmateriale.

Kilde: Nature

Fordi det er så nytt, vet vi fortsatt lite om de faktiske egenskapene og det fulle potensialet til borofen. Det er et materiale som er enda mer komplekst enn grafen, med mange mulige molekylære konfigurasjoner mens det beholder sine 2D-egenskaper. Borofens molekylstrukturer kan ha rom for å akseptere andre typer atomer, noe som gjør de potensielle konfigurasjonene enda flere.

Kilde: Frontiers of Physics

Og potensialet til borofen fortsetter å vokse, ettersom forskere ved Penn State har oppdaget hvordan man kan forbedre borofen, og også undersøkt hvordan det interagerer med levende celler.

Ny kiral borofen

I en vitenskapelig publikasjon med tittelen “Kiral induksjon i 2D borofen-nanoplateletter gjennom stereoselektiv bor‑svovel‑konjugasjon”, fokuserte forskerne ved Penn State på en unik egenskap ved borofen blant 2D-materialer, dens potensielle «kiralitet». Kiralitet er et kjemisk begrep som betyr at molekyler har en venstre/høyre-symmetri. Kiralitet er en viktig egenskap ved organiske molekyler, for eksempel aminosyrene som er byggesteinene i proteiner.

Kilde: UC Santa Barbara

Det er gjennom interaksjonen med kirale aminosyrer som cystein under produksjonsprosessen at forskerne klarte å tilføre kiralitet til borofen, en verdens første for 2D-materialer.

I molekyler kan kiralitet gjøre at biologiske eller kjemiske enheter eksisterer i to versjoner som ikke kan matches perfekt, som i en venstre og høyre votte. De kan speile hverandre nøyaktig, men en venstre votte vil aldri passe høyre hånd like godt som den passer venstre hånd.
Pr. Dipanjan Pan

Utnyttelse av kiralitet i helsevesenet

Forskerne syntetiserte borofen-plateletter, lik hvordan fragmenter av borofen ville gå inn i blodstrømmen. De oppdaget at de kirale egenskapene til de ulike versjonene av borofen interagerte forskjellig med cellenes membraner, og kom inn i cellene på ulike måter.

Dette åpner veien for å designe tilpassede borofen-strukturer for applikasjoner som «utvikling av høyoppløselig medisinsk bildediagnostikk med kontrast som kan spore celleinteraksjoner presist eller bedre legemiddellevering med målrettede material‑celle‑interaksjoner».

En bedre forståelse av hvordan borofen-strukturen interagerer med levende celler vil også bidra til å avklare dens sikkerhetsprofil.

Det kan også føre til tryggere, mer effektive implanterbare medisinske enheter som utnytter borofens unike egenskaper. Ikke bare er det et svært lett og sterkt materiale, men borofen tillater også effektiv magnetisk og elektronisk kontroll.

Dermed kan borofen også brukes til å utvikle biosensorer eller bio‑mekaniske systemer.

Andre borofen-applikasjoner

På samme måte som grafen er borofen et lovende materiale for mange høyteknologiske applikasjoner. Blant dem er:

• Fotonikk databehandling: spesielt, borofen kan brukes i laser for fotonikkapplikasjoner.
• Katalyse, spesielt for interaksjon med hydrogen og oksygen. Det kan også brukes til å lagre hydrogen mer effektivt.
• Sensorer, spesielt for gasser, men også som nevnt bio‑avbildning som fluorescensavbildning, fototermisk avbildning, og fotoakustisk avbildning.
• Batterier, inkludert for å lage anoder av borofen.
• Avansert energi, inkludert ultrakapasitorer og superledere.

Disse applikasjonene kan potensielt dra nytte av kiral borofen, og det nye materialet vil måtte testes for hver av dem separat.

Potensielle borofen-selskaper

Som et materiale oppdaget for mindre enn et tiår siden, er borofen fortsatt langt fra masseproduksjon og er for det meste begrenset til materialvitenskap (og snart biologi?)‑labber.

Imidlertid er måten borofen ble syntetisert for første gang i 2015, en metode kalt «chemical vapor deposition» eller CVD, ikke en ny teknologi. Den brukes vanligvis i halvlederindustrien for å produsere integrerte kretser og fotovoltaiske (solcelle) systemer.

CVD brukes til å lage ultratynne lag av silisium, wolfram, grafen og til og med syntetiske diamanter. Så ethvert selskap som allerede er leder innen CVD‑utstyr kan bli en hovedfordelaktig aktør av det voksende spekteret av applikasjoner for grafen og nå borofen.

CVD er en del av verktøyene som brukes av mange halvleder‑selskaper vi listet i “Topp 10 aksjer innen halvlederutstyr for produksjonsstøtte”. Men noen selskaper er tettere knyttet til CVD‑teknologi enn andre som er aktive i ulike deler av halvlederproduksjonsprosessen.

1. Veeco

Veeco har vært en viktig leverandør av utstyr til halvlederproduksjonsindustrien siden grunnleggelsen i 1945. Maskinene deres brukes i produksjon av avansert EUV‑chipfremstilling, 5G‑antenner, harddisker, LIDAR, LED‑er, kraft‑elektronikk for el‑biler, osv.

Kilde: Veeco

Selskapets viktigste teknologiske fokus er den samme CVD‑prosessen som brukes til produksjon av borofen, eller mer presist MOCVD (Metal‑Organic Chemical Vapour Deposition).

Kilde: Veeco

Som leder i dette nisjesegmentet av halvlederindustrien, kan Veeco være en god kandidat å satse på økningen av flere CVD‑applikasjoner som følge av den økende bruken av grafen, wolfram og borofen, etter hvert som vi blir bedre til å manipulere materie på atomnivå.

Det vil også sannsynligvis dra nytte av de massive trendene innen digitalisering, AI og elektrifisering.

2. Ulvac (6728.T)

Det japanske selskapet Ulvac er spesialist på vakuumteknologi, spesielt brukt i CVD‑ og halvlederapplikasjoner. Dette gjør dem til en viktig leverandør av utstyr for produsenter av chips, LED, fotovoltaikk, batterier, osv.

Kilde: Ulvac

Selskapet er også aktivt i andre markeder, spesielt FPD (Flat Panel Display) som skjermer og TV‑er. De produserer også deler i høyytelsesmetaller som titan, tantal, zirkonium, niob, osv, samt industriprodukter for et svært bredt spekter av anvendelser (deler til forbrenningsmotorer, magnetiske materialer, frysetørking eller rensing av legemidler, vakuumtørking av mat).

Kilde: Ulvac Q3 2024

Ulvac‑teknologi er avgjørende for CVD‑prosessen, og salget deres vil sannsynligvis dra nytte av nye applikasjoner og økende etterspørsel etter avanserte materialer som krever vakuum, som batterier, chips, solcellepaneler, magneter, LED, skjermer, avanserte legemidler, osv.

Imidlertid, takket være det bredere spekteret av potensielle applikasjoner, er det mindre avhengig av aktiviteten i halvlederindustrien enn rene CVD‑selskaper som Veeco.

Med tanke på hvor syklisk forretningsaktiviteten kan være for leverandører av utstyr til halvlederproduksjon, gjør dette Ulvac til en sannsynlig mindre volatil investering. Det bør også være mindre utsatt for den pågående risikoen for handelskriger mellom USA og Kina i halvlederindustrien.