At spille Lego på atomare skala

I en perspektivanmeldelse skrevet for Nature, Sir Andre og Dr. Irina Grigorieva, fra University of Manchester, diskutere, hvordan lagdelte materialer kan opdeles i isolerede atomplaner og derefter samles igen i en intelligent valgt sekvens for at skabe en ny slags materialer og strukturer, der ikke findes i naturen.

Forfatterne påpeger, at der ud over grafen er mange andre tykke krystaller med ét atom eller ét molekyle. Disse omfatter monolag af bornitrid (også kendt som 'hvid grafen') og molybdændisulfid, som allerede er velkarakteriseret og tiltrukket sig betydelig opmærksomhed fra den akademiske verden og industrien. Søgningen efter mere atomisk tynde krystaller vokser hurtigt.

De grafenlignende materialer lover en række af deres egne anvendelser, men i isolation, det er usandsynligt, at de tilbyder de samme bemærkelsesværdige egenskaber som grafen selv – verdens tyndeste, stærkeste og mest ledende materiale.

Den mest spændende udvikling foreslået, bevist og nu gennemgået af University of Manchester forskere skabte 'atomic Lego'; at stable disse atomisk tynde materialer i heterostrukturer og kunstige materialer, så de resulterende egenskaber kan kontrolleres og manipuleres. Sådanne materialer fremstillet med et enkelt plans præcision kunne ikke fremstilles ved nogen tidligere kendt teknik.

Kombinationsstrukturerne har evnen til at gå ud over grafens lange liste af superlativer og skabe applikationer og enheder, som indtil nu, kun har eksisteret i science fiction. For eksempel, atomskalaen Lego er allerede blevet brugt til at forbedre den elektroniske kvalitet af grafen og gøre grafentransistorer med høje on-off-forhold velegnede til integrerede kredsløb.

I øjeblikket, sofistikerede flerlagsstrukturer sættes sammen i universitetets laboratorier i løbet af få dage ved manuel samling under et optisk mikroskop. Dette er tilstrækkeligt til at spejde efter de mest lovende kombinationer, der sigter mod en bestemt applikation. I fremtiden, denne samling kan laves på en automatiseret industriel basis ved at bruge maskiner svarende til dem, der i øjeblikket producerer grafenruller på hundrede meter lange.

Sir Andre sagde:"Jeg tror, ​​at dette nye forskningsfelt vil blive lige så stort som grafen selv. Det er allerede klart, at grafen kombineret med andre atomisk tynde materialer viser egenskaber bedre eller anderledes end dets egne.

"På grund af mængden af ​​muligheder for at kombinere disse grafenlignende materialer sammen i heterostrukturer er praktisk talt ubegrænset, der skal være nye materialer med unikke egenskaber, som ingen endnu har drømt om. Vi er forkælet med valg."

Dr. Grigorieva tilføjede:"Med så mange grafenlignende krystaller derude, vi er kun begrænset af vores fantasi, hvordan man kombinerer dem. Det er en meget spændende tid at være materialeforsker og udforske denne terra inkognito af materialer, som du bogstaveligt talt kan designe og derefter lave lag for lag selv."