(Phys.org) —Wetenschappers hebben een materiaal ontdekt dat dezelfde buitengewone elektronische eigenschappen heeft als 2-D grafeen, maar in een stevige 3D-vorm die veel gemakkelijker zou moeten zijn om te vormen tot elektronische apparaten zoals zeer snelle transistors, sensoren en transparante elektroden.

Het materiaal, cadmiumarsenide, wordt onafhankelijk onderzocht door drie groepen, een daarvan omvat onderzoekers van de Universiteit van Oxford, SLAC, Stanford en Lawrence Berkeley National Laboratory, die hun resultaten beschreven in een paper dat op 25 mei werd gepubliceerd Natuurmaterialen .

"Nu realiseren steeds meer mensen het potentieel in de wetenschap en technologie van dit specifieke materiaal. Deze groeiende interesse zal snelle vooruitgang in het veld bevorderen - inclusief de verkenning van het gebruik ervan in functionele apparaten en het zoeken naar vergelijkbare materialen, " zei Yulin Chen van de Universiteit van Oxford, die het onderzoek leidde.

Het werk van de groep bouwt voort op eerdere studies van een natriumbismutverbinding die ook grafeen nabootst, maar bij blootstelling aan lucht in poeder verandert. Beide verbindingen waren voorspeld door co-auteurs Zhong Fang en Xi Dai, theoretische natuurkundigen van de Chinese Academie van Wetenschappen, die suggereerde dat cadmiumarsenide, die wordt gebruikt in detectoren en sensoren, dezelfde eigenschappen zou bieden in een veel stabielere vorm.

Hun voorspelling bleek correct, zei Zhongkai Liu, de eerste auteur van het papier en een afgestudeerde student aan SIMES, het Stanford Institute for Materials and Energy Sciences bij SLAC. "De milieustabiliteit van cadmiumarsenide stelt ons in staat om het zeer systematisch te onderzoeken, en maakt het studeren gemakkelijker, " hij zei.

Grafeen is een één atoom dik vel koolstofatomen afgepeld van een stuk grafiet, die bekend staat als het lood in potloden. Een van zijn kenmerken is het vreemde gedrag van zijn elektronen:wanneer ze beperkt zijn tot deze dunne laag van atomen op regelmatige afstanden, deze lichtgewicht deeltjes doen alsof ze helemaal geen massa hebben. Hierdoor kunnen ze veel sneller dan normaal door het materiaal ritsen. De wetenschappers die in 2004 voor het eerst grafeen isoleerden, kregen de Nobelprijs voor de natuurkunde; en onderzoekers zijn sindsdien aan het racen om de eigenschappen ervan te verkennen en er praktische toepassingen voor te vinden.

Een van die zoektochten was om grafeenachtige materialen te vinden die driedimensionaal zijn, en dus veel gemakkelijker om te zetten in praktische apparaten. Twee andere internationale samenwerkingen aan de Princeton University en in Dresden, Duitsland, hebben ook cadmiumarsenide als mogelijkheid nagestreefd. One publiceerde een paper over de resultaten in het nummer van 7 mei van Natuurcommunicatie , en de andere heeft een ongepubliceerd artikel op de preprint-server arXiv geplaatst.

Chen's groep maakte monsters van cadmiumarsenide in Oxford en testte ze bij de Diamond Light Source in het Verenigd Koninkrijk en bij de Advanced Light Source van Berkeley Lab.

"We denken dat deze familie van materialen een goede kandidaat kan zijn voor dagelijks gebruik, "Chen zei, "en we werken samen met theoretici om te zien of er nog betere materialen zijn. we kunnen ze gebruiken als een platform om nog meer exotische toestanden van materie te creëren en te verkennen; als je een deur opent, je merkt dat er veel andere deuren achter zitten."

Het onderzoeksteam omvatte Zhi-Xun Shen, een professor aan SLAC en Stanford en SLAC's adviseur voor wetenschap en technologie; Zahid Hussein, senior stafwetenschapper bij Berkeley Lab; en andere onderzoekers van SIMES, Berkeley-lab, Oxford universiteit, Fudan-universiteit in Shanghai, de Chinese Academie van Wetenschappen en Diamond Light Source. Het werk werd gedeeltelijk gefinancierd door het Amerikaanse Department of Energy Office of Science en het Mesodynamic Architectures-programma van het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).