Grafeen en bijbehorende één-atoom-dikke kristallen bieden de mogelijkheid tot een breed scala aan nieuwe materialen en apparaten door individuele atomaire lagen op elkaar te stapelen, blijkt uit nieuw onderzoek van de Universiteit van Manchester.

In een rapport gepubliceerd in Natuurfysica , een groep onder leiding van dr. Leonid Ponomarenko en Nobelprijswinnaar prof.dr. Andre Geim heeft afzonderlijke atoomlagen op elkaar geassembleerd in een gewenste volgorde.

Het team gebruikte individuele kristallen van één atoom dik om een ​​meerlaagse cake te bouwen die werkt als een elektrische transformator op nanoschaal.

grafeen, voor het eerst geïsoleerd aan de Universiteit van Manchester in 2004, heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in diverse toepassingen, van smartphones en ultrasnelle breedband tot medicijnafgifte en computerchips.

Het heeft de potentie om bestaande materialen te vervangen, zoals silicium, maar de Manchester-onderzoekers geloven dat het echt zijn plaats zou kunnen vinden met nieuwe apparaten en materialen die nog moeten worden uitgevonden.

In de transformator op nanoschaal, elektronen die in één metallische laag bewegen, trekken elektronen in de tweede metallische laag door gebruik te maken van hun lokale elektrische velden. Om volgens dit principe te werken, de metalen lagen moeten elektrisch van elkaar worden geïsoleerd, maar gescheiden door niet meer dan enkele interatomaire afstanden, een grote sprong voorwaarts ten opzichte van de bestaande nanotechnologieën.

Deze nieuwe structuren zouden de weg kunnen banen voor een nieuwe reeks complexe en gedetailleerde elektronische en fotonische apparaten die geen enkel ander bestaand materiaal zou kunnen maken, waaronder verschillende nieuwe architecturen voor transistors en detectoren.

De wetenschappers gebruikten grafeen als een geleidend vlak van één atoom dik, terwijl slechts vier atomaire lagen boornitride als elektrische isolator dienden.

De onderzoekers begonnen met het extraheren van individuele atoomvlakken uit bulkgrafiet en boornitride met behulp van dezelfde techniek die leidde tot de Nobelprijs voor grafeen, een enkele atomaire laag koolstof. Vervolgens, ze gebruikten geavanceerde nanotechnologie om de kristallieten één voor één mechanisch te assembleren, in Lego-stijl, in een kristal met de gewenste volgorde van vlakken.

De nanotransformator werd geassembleerd door Dr. Roman Gorbachev, van de Universiteit van Manchester, die de vereiste vaardigheden beschreef. Hij zei:"Elke Rus en velen in het Westen kennen The Tale of the Clockwork Steel Flea.

"Het kon alleen door de krachtigste microscoop worden gezien, maar danste nog steeds en had zelfs kleine hoefijzers. Onze Lego op atomaire schaal is misschien de volgende stap van vakmanschap".

Professor Geim voegde toe:"Het werk bewijst dat complexe apparaten met verschillende functionaliteiten vliegtuig voor vliegtuig kunnen worden geconstrueerd met atomaire precisie.

"Er is een hele bibliotheek van atomair dunne materialen. Door ze te combineren, het is mogelijk om voornamelijk nieuwe materialen te creëren die niet in de natuur voorkomen. Deze weg belooft nog spannender te worden dan grafeen zelf."