Eksperimenter i amorft kulstof-monolag giver nye beviser til fysikdebatten

Plast, glas og geler, også kendt som bulk amorfe materialer, er hverdagsgenstande for os alle. Men for forskere, disse materialer har længe været videnskabelige gåder - specielt når det kommer til deres atomare sammensætning, som mangler den strengt ordnede struktur af krystaller, der findes i de fleste faste stoffer, såsom metaller, diamanter og salte.

Selvom det generelt antages af det videnskabelige samfund at være kontinuerlige tilfældige netværk af atomer, en langvarig, fundamentalt spørgsmål eksisterede:Er amorfe materialer virkelig kontinuerlige tilfældige netværk, eller har de nanokrystallitter indlejret i dem?

Nu, vi har endelig svar - takket være en ny undersøgelse, der beskriver de første vellykkede eksperimenter, der vokser, billeddannelse med atomopløsning, og undersøgelse af egenskaberne af todimensionelt amorft kulstof. Avisen udkommer i dag i Natur og er udgivet af et internationalt hold af forskere, inklusive Sokrates Pantelides, University Distinguished Professor of Physics and Engineering ved Vanderbilt University.

"For første gang, takket være opdagelsen af ​​dette monolag materiale, vi er i stand til at bekræfte sammensætningen af ​​en amorf struktur som et tilfældigt netværk indeholdende nanokrystallitter, giver stærke beviser til den ene side af den oprindelige debat, " sagde Pantelides. "Men dette værk giver ikke kun svar; Det præsenterer en fysisk, todimensionelt kulstofmateriale, adskilt fra den roste grafen, med potentielt lovende applikationer langt ind i vores fremtid."

Fremtidige enhedsanvendelser af materialet, ifølge Pantelides, kunne omfatte anti-korrosionsbarrierer for magnetiske harddiske i fremtidige computere og for strømaftagerelektroder i batterier.

Spørgsmålene om amorf materialesammensætning varede ved i årevis på grund af langvarige teknologiske problemer for forskere, som omfattede begrænsninger i mikroskopi i lille skala, der forhindrede fysikere i nøjagtigt at afbilde tredimensionelle amorfe materialer på atomær skala. Og mens forskere var i stand til nøjagtigt at afbilde amorfe monolag, sådanne monolag blev indtil nu fremstillet ved at bruge højenergielektronstråler til at forstyrre krystallinske monolag.

Det første nogensinde stabile monolag af amorft kulstof, dyrket af et hold ledet af Barbaros Özyilmaz fra National University of Singapore og afbildet af gruppen af ​​Kazu Suenaga i Tsukuba videnskabsby, Japan, gør disse spørgsmål til fortidens problemer.

En teoretisk fysiker, Professor Pantelides arbejdede eksternt med holdene i Singapore og Tokyo for at integrere eksperimentelle data, teori grundlæggende, og resultater af beregninger. En tidligere kandidatstuderende fra Pantelides, Junhao Lin, en post-doc stipendiat i Suenaga-gruppen, udførte nøglemikroskopi. Vanderbilt post-doc stipendiat Yun-Peng Wang konstruerede en passende model og udførte beregninger.

Vækstmetoden, som bruger et koldt underlag, og bruger en laser til at levere energi på en kontrolleret måde, giver reproducerbare monolagsfilm og førte til nyfundet viden om atomarrangementer og elektriske, mekaniske og optiske egenskaber.

Takket være holdets succesfulde udvikling og resultater, den reproducerbare tilgang åbner døren for forskning i væksten af ​​andre amorfe todimensionelle materialer.