(Phys.org) —Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy en de University of Tennessee, Knoxville heeft een nieuwe techniek ontwikkeld voor het vormen van een tweedimensionale, single-atom plaat van twee verschillende materialen met een naadloze grens.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , zou het gebruik van nieuwe soorten 2D-hybride materialen in technologische toepassingen en fundamenteel onderzoek mogelijk kunnen maken.

Door een traditionele methode voor het kweken van materialen te heroverwegen, de onderzoekers combineerden twee verbindingen - grafeen en boornitride - tot een enkele laag van slechts één atoom dik. grafeen, die bestaat uit koolstofatomen die zeshoekig zijn gerangschikt, honingraatachtige ringen, heeft veel aandacht getrokken vanwege zijn hoge sterkte en elektronische eigenschappen.

"Mensen noemen grafeen een wondermateriaal dat een revolutie teweeg kan brengen in het landschap van nanotechnologie en elektronica, "OrNL's An-Ping Li zei. "Inderdaad, grafeen heeft veel potentie, maar het heeft grenzen. Om gebruik te maken van grafeen in toepassingen of apparaten, we moeten grafeen integreren met andere materialen."

Een methode om verschillende materialen te combineren tot heterostructuren is epitaxie, waarbij het ene materiaal op het andere wordt gekweekt, zodat beide dezelfde kristallijne structuur hebben. Om de 2D-materialen te laten groeien, het onderzoeksteam van ORNL-UT regisseerde het groeiproces horizontaal in plaats van verticaal.

De onderzoekers kweekten eerst grafeen op een koperfolie, het grafeen geëtst om schone randen te creëren, en groeide vervolgens boornitride door middel van chemische dampafzetting. In plaats van zich aan te passen aan de structuur van de koperen basislaag zoals bij conventionele epitaxie, de boornitride-atomen namen de kristallografie van het grafeen over.

"Het stuk grafeen fungeerde als een zaadje voor de epitaxiale groei in de tweedimensionale ruimte, zodat de kristallografie van het boornitride uitsluitend wordt bepaald door het grafeen, " zei Gong Gu van de UT.

De techniek van het team combineerde niet alleen de twee materialen, het produceerde ook een atomair scherpe grens, een eendimensionale interface, tussen de twee materialen. De mogelijkheid om deze interface zorgvuldig te controleren, of "heterojunctie, " is belangrijk vanuit een toegepast en fundamenteel perspectief, zegt Gu.

"Als we grafeen willen gebruiken in een toepassing, we moeten gebruik maken van de interface-eigenschappen, omdat zoals Nobelprijswinnaar Herbert Kroemer ooit zei:'de interface is het apparaat, '" zei Li. "Door dit schoon te maken, samenhangend, 1-D-interface, onze techniek biedt ons de mogelijkheid om op grafeen gebaseerde apparaten te fabriceren voor echte toepassingen."

De nieuwe techniek stelt onderzoekers ook in staat om voor het eerst de wetenschappelijk intrigerende grafeen-boornitride-grens experimenteel te onderzoeken.

"Er is een enorme hoeveelheid theoretische literatuur die prachtige fysieke eigenschappen van deze eigenaardige grens voorspelt, bij gebrek aan enige experimentele validatie tot nu toe, " zei Li, die een ORNL-inspanning leidt om structuur-transportrelaties op atomair niveau te bestuderen met behulp van de unieke vier-sonde scanning tunneling microscopie-faciliteit van het laboratorium. "Nu hebben we een platform om deze eigendommen te verkennen."

Het onderzoeksteam verwacht dat zijn methode kan worden toegepast op andere combinaties van 2D-materialen, ervan uitgaande dat de verschillende kristallijne structuren vergelijkbaar genoeg zijn om bij elkaar te passen.