Kagome-grafen lover spændende egenskaber

Forskere rundt om i verden leder efter nye syntetiske materialer med særlige egenskaber som superledning – dvs. ledning af elektrisk strøm uden modstand. Disse nye stoffer er et vigtigt skridt i udviklingen af ​​meget energieffektiv elektronik. Udgangsmaterialet er ofte en enkeltlags bikagestruktur af kulstofatomer (grafen).

Teoretiske beregninger forudsiger, at forbindelsen kendt som kagome-grafen skulle have helt andre egenskaber end grafen. Kagome graphene består af et regulært mønster af sekskanter og ligesidede trekanter, der omgiver hinanden. Navnet kagome kommer fra den gamle japanske kunst at kagome vævning, hvori kurve er vævet i samme mønster.

Kagome gitter med nye egenskaber

Forskere fra Institut for Fysik og Swiss Nanoscience Institute ved Universitetet i Basel, arbejder i samarbejde med universitetet i Bern, har nu produceret og studeret kagome grafen for første gang, som de beretter i journalen Angewandte Chemie . Forskernes målinger har leveret lovende resultater, der peger på usædvanlige elektriske eller magnetiske egenskaber.

For at fremstille kagome-grafen, holdet påførte en forløber på et sølvsubstrat ved dampaflejring og opvarmede det derefter for at danne et organometallisk mellemprodukt på metaloverfladen. Yderligere opvarmning producerede kagome grafen, som udelukkende består af kulstof- og nitrogenatomer og har det samme regulære mønster af sekskanter og trekanter.

Stærke interaktioner mellem elektroner

"Vi brugte scanning tunneling og atomic force mikroskoper til at studere de strukturelle og elektroniske egenskaber af kagome gitteret, " rapporterer Dr. Rémy Pawlak, første forfatter til undersøgelsen. Med mikroskoper af denne art, forskere kan undersøge de strukturelle og elektriske egenskaber af materialer ved hjælp af en lille spids - i dette tilfælde, spidsen blev afsluttet med individuelle carbonmonoxidmolekyler.

Derved, forskerne observerede, at elektroner med en defineret energi, som vælges ved at påføre en elektrisk spænding, er "fanget" mellem trekanter, der optræder i krystalgitteret af kagome-grafen. Denne adfærd adskiller klart materialet fra konventionel grafen, hvor elektroner er fordelt på tværs af forskellige energitilstande i gitteret - med andre ord, de er delokaliseret.

"Lokaliseringen observeret i kagome-grafen er ønskværdig og præcis det, vi ledte efter, " forklarer professor Ernst Meyer, som leder den gruppe, hvori projekterne er udført. "Det forårsager stærke interaktioner mellem elektronerne - og, på tur, disse interaktioner danner grundlag for usædvanlige fænomener, såsom ledning uden modstand."

Yderligere undersøgelser er planlagt

Analyserne afslørede også, at kagome-grafen har halvledende egenskaber - med andre ord, dens ledende egenskaber kan tændes eller slukkes, som med en transistor. På denne måde kagome grafen adskiller sig væsentligt fra grafen, hvis ledningsevne ikke kan tændes og slukkes så let.

I efterfølgende undersøgelser, holdet vil løsne kagome-gitteret fra dets metalliske substrat og studere dets elektroniske egenskaber yderligere. "Den flade båndstruktur identificeret i eksperimenterne understøtter de teoretiske beregninger, som forudsiger, at spændende elektroniske og magnetiske fænomener kan forekomme i kagome-gitre. I fremtiden, kagome grafen kunne fungere som en nøglebyggesten i bæredygtige og effektive elektroniske komponenter, siger Ernst Meyer.