Forskere finder stærkere 3D-materiale, der opfører sig som grafen

(Phys.org)-Videnskabsfolk har opdaget et materiale, der har de samme ekstraordinære elektroniske egenskaber som 2-D-grafen, men i en robust 3D-form, der burde være meget lettere at forme til elektroniske enheder såsom meget hurtige transistorer, sensorer og gennemsigtige elektroder.

Materialet, cadmium arsenid, udforskes uafhængigt af tre grupper, hvoraf den ene omfatter forskere ved University of Oxford, SLAC, Stanford og Lawrence Berkeley National Laboratory, der beskrev deres resultater i et papir, der blev offentliggjort 25. maj i Naturmaterialer .

"Nu indser flere og flere mennesker potentialet i videnskaben og teknologien i dette særlige materiale. Denne stigende interesse vil fremme hurtige fremskridt på området - herunder udforskning af dets anvendelse i funktionelle enheder og søgning efter lignende materialer, "sagde Yulin Chen fra University of Oxford, der ledede forskningen.

Gruppens arbejde bygger på sine tidligere undersøgelser af en natriumvismutforbindelse, der også efterligner grafen, men bliver til pulver, når den udsættes for luft. Begge forbindelser var blevet forudsagt af medforfattere Zhong Fang og Xi Dai, teoretiske fysikere fra det kinesiske videnskabsakademi, der foreslog, at cadmium arsenid, som bruges i detektorer og sensorer, ville give de samme egenskaber i en meget mere stabil form.

Deres forudsigelse viste sig at være korrekt, sagde Zhongkai Liu, papirets første forfatter og en kandidatstuderende på SIMES, Stanford Institute for Materials and Energy Sciences på SLAC. "Miljøstabiliteten for cadmiumarsenid giver os mulighed for at udforske det meget systematisk, og gør det lettere at studere, " han sagde.

Graphen er et et-atom-tykt lag af carbonatomer skrællet fra et stykke grafit, som er kendt som bly i blyanter. Et af dets kendetegn er elektronernes mærkelige opførsel:Når det er begrænset til dette tynde lag med regelmæssigt adskilte atomer, disse lette partikler virker som om de slet ikke har nogen masse. Dette giver dem mulighed for at lynlåse materialet meget hurtigere end normalt. De forskere, der først isolerede grafen i 2004, blev tildelt Nobelprisen i fysik; og forskere har kørt efter at udforske dets egenskaber og fundet praktiske anvendelsesmuligheder for det lige siden.

En sådan søgen har været at finde grafenlignende materialer, der er tredimensionelle, og dermed meget lettere at lave til praktiske enheder. To andre internationale samarbejder baseret på Princeton University og i Dresden, Tyskland, har også forfulgt cadmiumarsenid som en mulighed. Man offentliggjorde et papir om sine resultater i 7. maj -udgaven af Naturkommunikation , og den anden har lagt et upubliceret papir ud på fortryksserveren arXiv.

Chens gruppe lavede prøver af cadmiumarsenid i Oxford og testede dem på Diamond Light Source i Storbritannien og på Berkeley Labs Advanced Light Source.

"Vi tror, ​​at denne familie af materialer kan være en god kandidat til daglig brug, "Sagde Chen, "og vi arbejder med teoretikere for at se, om der er endnu bedre materialer derude. Desuden vi kan bruge dem som en platform til at skabe og udforske endnu mere eksotiske materielle tilstande; når du åbner en dør, du finder, at der er mange andre døre bag det. "

Forskergruppen omfattede Zhi-Xun Shen, en professor ved SLAC og Stanford og SLACs rådgiver for videnskab og teknologi; Zahid Hussain, seniorforsker ved Berkeley Lab; og andre forskere fra SIMES, Berkeley Lab, Oxford University, Fudan University i Shanghai, det kinesiske videnskabsakademi og Diamond Light Source. Arbejdet blev delvist finansieret af U.S. Department of Energy Office of Science og Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Mesodynamic Architectures -programmet.