Inschrijven Natuur , een groot internationaal team onder leiding van Dr. Roman Gorbachev van de Universiteit van Manchester laat zien dat, wanneer grafeen bovenop isolerend boornitride wordt geplaatst, of 'wit grafeen', de elektronische eigenschappen van grafeen veranderen dramatisch en onthullen een patroon dat op een vlinder lijkt.

Het patroon wordt de ongrijpbare Hofstadter-vlinder genoemd, die in theorie al tientallen jaren bekend is, maar nooit eerder in experimenten is waargenomen.

Het combineren van grafeen met andere materialen in meerlagige structuren zou kunnen leiden tot nieuwe toepassingen die nog niet zijn onderzocht door de wetenschap of de industrie.

Grafeen is 's werelds dunste, sterkste en meest geleidende materiaal, en belooft een breed scala aan diverse toepassingen; van smartphones en ultrasnelle breedband tot medicijnafgifte en computerchips. Het werd voor het eerst gedemonstreerd aan de Universiteit van Manchester in 2004.

De eerste proeven met consumentenproducten met op grafeen gebaseerde aanraakschermen en batterijen voor mobiele telefoons en composietmaterialen voor sportartikelen worden uitgevoerd door grote multinationale ondernemingen.

Een van de meest opmerkelijke eigenschappen van grafeen is de hoge geleidbaarheid – duizenden keren hoger dan die van koper. Dit komt door een heel speciaal patroon dat wordt gecreëerd door elektronen die elektriciteit vervoeren in grafeen. De dragers worden Dirac-fermionen genoemd en bootsen massaloze relativistische deeltjes na die neutrino's worden genoemd, studies waarvan meestal enorme faciliteiten nodig zijn, zoals bij CERN. De mogelijkheid om vergelijkbare fysica aan te pakken in een desktop-experiment is een van de meest bekende kenmerken van grafeen.

Nu hebben de Manchester-wetenschappers een manier gevonden om meerdere klonen van Dirac-fermionen te maken. Grafeen wordt bovenop boornitride geplaatst, zodat de elektronen van grafeen individuele boor- en stikstofatomen kunnen 'voelen'. Bewegend langs dit atomaire 'wasbord', elektronen herschikken zichzelf opnieuw en produceren meerdere kopieën van de originele Dirac-fermionen.

De onderzoekers kunnen nog meer klonen maken door een magnetisch veld aan te leggen. De klonen produceren een ingewikkeld patroon; de Hofstadtervlinder. Het werd voor het eerst voorspeld door wiskundige Douglas Hofstadter in 1976 en, ondanks vele toegewijde experimentele inspanningen, niet meer dan een vage glimp werd eerder gemeld.

Naast het beschreven fundamentele belang, de Manchester-studie bewijst dat het mogelijk is om eigenschappen van atomair dunne materialen te wijzigen door ze op elkaar te plaatsen. Dit kan handig zijn, bijvoorbeeld, voor grafeentoepassingen zoals ultrasnelle fotodetectoren en transistors, een manier bieden om zijn ongelooflijke eigenschappen aan te passen.

Professor André Geim, Nobelprijswinnaar en co-auteur van het artikel, zei:"Natuurlijk, het is leuk om de prachtige 'vlinder' te vangen die de natuurkundigen generaties lang heeft gekweld door ongrijpbaarheid.

"Belangrijker, dit werk laat zien dat we nu in staat zijn om een ​​principieel nieuw soort materialen op te bouwen door individuele atomaire vlakken in een gewenste volgorde te stapelen."

Dr. Gorbatsjov voegde toe:"We hebben een reeks verschillende atomair dunne materialen gemaakt, vergelijkbaar met grafeen, en ze vervolgens op elkaar gestapeld, één atoomvlak tegelijk. Dergelijke kunstmatige kristallen zouden een paar jaar geleden sciencefiction zijn geweest. Nu zijn ze realiteit in ons lab. Op een dag vind je deze structuren misschien in je gadgets."

Professor Geim voegde toe:"Dit is een belangrijke stap verder dan 'eenvoudig grafeen'. We bouwen nu de basis voor een nieuw onderzoeksgebied dat rijker en zelfs belangrijker lijkt dan grafeen zelf."