Het is maar een paar moleculen dik, en kon niet dunner zijn:de glasplaat die wetenschappers van de Universiteit van Ulm en Cornell University per ongeluk hebben ontdekt. Deze ontdekking is nu erkend als een wereldrecord met een vermelding in Guinness World Records 2014. "Hoewel glas inderdaad transparant is, de individuele silicium- en zuurstofatomen kunnen onder de elektronenmicroscoop zichtbaar worden gemaakt", legt Ute Kaiser uit. De hoogleraar Experimentele Fysica geeft leiding aan de elektronenmicroscopiegroep van materiaalkunde aan de Universiteit van Ulm. Ze is nog steeds gefascineerd door deze bijzondere ontdekkingsreis, die meer dan een jaar heeft geduurd:"Stap voor stap hebben we, door onze experimenten en reflecties, de geheimen van het materiaal ontrafeld, en dit was ongelooflijk spannend. Een echte wetenschappelijke thriller."

Simon Kurasch, op dat moment nog een afgestudeerde student die promoveerde bij Ute Kaiser aan de Universiteit van Ulm, onderzocht de atomaire structuur van een grafeenmonster onder een transmissie-elektronenmicroscoop met extreem hoge resolutie. Dit is een monolaag die alleen uit koolstofatomen bestaat waarvan de zeshoekige atoomstructuur doet denken aan een honingraat en voor de ontdekking waarvoor in 2010 de Nobelprijs werd toegekend. dit was een routineonderzoek geweest voor de fysicus. Maar bij nadere bestudering ontdekte de jonge onderzoeker een voorheen onzichtbare en totaal onverwachte structuur:"Het is zowel wonderbaarlijk geordend als tegelijkertijd volkomen chaotisch", zo beschrijft Kurasch deze toevallige vondst. Op het grafeen had zich een extreem dun laagje van een onbekende stof gevormd. Navraag bij het Max-Planck-Instituut voor Solid State Research in Stuttgart, die het grafeen op koperfilm had geproduceerd in een met kwartsglas beklede oven volgens een standaardmethode, riep ongeloof op. Het team van onderzoekers daar, georganiseerd rond de vastestof-nanofysicus Dr. Jurgen Smet, kon aanvankelijk niets van deze bevinding begrijpen.

De natuurkundige uit Ulm wendde zich tot natuurkundeprofessor David Muller, haar collega in de wetenschap gedurende vele jaren en de directeur van het Kavli Institute for Nanoscale aan de Cornell University (NY). Misschien kan zijn team in de staat New York bijdragen aan beeldvorming met zeer hoge resolutie en spectroscopische gegevens over de chemische aard van het materiaal. Müller was het daarmee eens. Er werd een vierkoppig Duits-Amerikaans team van onderzoekers opgericht, bestaande uit de twee Ulm-wetenschappers samen met Muller en Pinshane Huang, zijn afgestudeerde student die voor een doctoraat studeert; het team deed al geruime tijd gezamenlijk onderzoek aan de Cornell University. Muller wees het resultaat al snel op een silicium-zuurstofverbinding. Er werd dringend gezocht naar verdere aanwijzingen om de precieze chemische samenstelling van het mysterieuze materiaal te verklaren. Het bleek dat de ultradunne laag bestond uit siliciumdioxide, d.w.z. glas. Met zijn speciale atomaire structuur, dit amorfe materiaal verbijstert de wetenschappelijke gemeenschap nog steeds. Als resultaat, het was nog een vraag voor de internationale groep natuurkundigen om de moleculaire configuratie van de glasplaat op te helderen.

Ute Kaiser vroeg daarom advies aan haar Finse collega's. Dr. Arkady Krasheninnikov van de Aalto Universiteit van Helsinki, een bewezen expert in het berekenen van de stabiliteit van atoombindingen, kon uiteindelijk met zijn collega's aantonen dat siliciumdioxide in twee lagen de meest stabiele configuratie aanneemt, oftewel een 'dubbele laag'. "Dus door alle analytische en theoretische resultaten bij elkaar bleek dat we de dunst denkbare glasplaat hadden gevonden, die dus eigenlijk tweedimensionaal was", volgens de ploeg. Zo konden wetenschappers voor het eerst een duidelijk inzicht krijgen in de atomaire structuur van dit bijzondere materiaal.

Glas is een "amorf" materiaal, die, hoewel het de fysieke eigenschappen heeft van een vaste stof, vertoont in zijn atomaire structuur eigenschappen van zowel vloeistoffen als vaste stoffen. "Als elektronenmicroscoopbeelden worden onderzocht, men kan een laag onregelmatige en ongelijksoortige polygonen zien. Het ziet eruit als een voddenkleed dat voornamelijk uit vijfhoeken bestaat, zeshoeken, zevenhoeken en achthoeken", legt de Ulm elektronenmicroscopie-expert Ute Kaiser uit. "Aan de hand van onze resultaten, we waren verrassend in staat om een ​​therapie te bevestigen die was geformuleerd door W.H. Zachariasen terug in 1932". De netwerkhypothese geformuleerd door de Noors-Amerikaanse natuurkundige met betrekking tot de atomaire structuur van glas stelde, in brede zin, dat glas in zijn atomaire basisstructuur - bestaande uit SiO4-tetraëders - vergelijkbaar is met kristal, met het enige verschil dat deze tetraëders veel willekeuriger met elkaar zijn verbonden dan in zeer regelmatig georganiseerd kristal, zodat de opstelling veel onregelmatiger lijkt.

Deze wetenschappelijke "thriller", waarvan de resultaten zijn gepubliceerd in Nano-letters terug in 2012, had ook een dubbel happy end voor het internationale team van onderzoekers. Het team slaagde er niet alleen in om het dunst denkbare glas te identificeren, maar loste ook een voorheen onopgeloste materiaalwetenschappelijke puzzel op. als laatste, de kwestie van de atomaire structuur van glas is niet alleen een van de grote vraagstukken van de anorganische wetenschap, maar ook een van de grootste analytische problemen van de natuurkunde. De vermelding in het Guinness-boek is dus welverdiend.