De eenvoudigste mechanische splitsingstechniek met behulp van een primitieve "Scotch" -tape heeft geresulteerd in de met een Nobelprijs bekroonde ontdekking van grafenen en wordt momenteel wereldwijd gebruikt voor het assembleren van grafenen en andere tweedimensionale (2D) grafeenachtige structuren voor hun gebruik in nieuwe high- prestatie nano-elektronische apparaten.

De eenvoud van deze methode heeft geleid tot een bloeiend onderzoek naar 2D-materialen. Echter, de atomistische processen achter de micromechanische splitsing zijn nog steeds slecht begrepen.

Een team van experimentatoren en theoretici van het International Centre for Young Scientists, International Center for Materials Nanoarchitectonics and Surface Physics and Structure Unit van het National Institute for Materials Science, Nationale Universiteit voor Wetenschap en Technologie "MISiS" (Moskou, Rusland), Rice University (VS) en University of Jyväskylä (Finland) onder leiding van Daiming Tang en Dmitri Golberg slaagden er voor het eerst in om de natuurkunde volledig te begrijpen, kinetiek en energie achter de bekende "Scotch-tape" techniek met molybdeendisulfide (MoS2) atomaire lagen als modelmateriaal.

De onderzoekers ontwikkelden een directe in situ meettechniek in een transmissie-elektronenmicroscoop met hoge resolutie (HRTEM) om de mechanische splitsingsprocessen en het bijbehorende mechanische gedrag te onderzoeken. Door een ultrascherpe metalen sonde nauwkeurig te manipuleren om contact te maken met de reeds bestaande kristallijne stappen van de MoS ₂ enkele kristallen, atomair dunne vlokken werden subtiel afgepeld, selectief variërend van een enkele, verdubbelen tot meer dan 20 atoomlagen. Het team ontdekte dat het mechanische gedrag sterk afhankelijk is van het aantal lagen. Combinatie van in situ HRTEM- en moleculaire dynamica-simulaties onthullen een transformatie van buiggedrag van spontane rimpeling ( <5 atomaire lagen) tot homogene kromming (~ 10 lagen), en ten slotte tot knikken (20 of meer lagen).

Door rekening te houden met de krachtbalans nabij het contactpunt, de specifieke oppervlakte-energie van een MoS ₂ de monoatomaire laag werd berekend als ~0,11 N/m. Dit is de eerste keer dat deze fundamenteel belangrijke eigenschap direct is gemeten.

Na de eerste isolatie van het moederkristal, de MoS ₂ monolaag kan gemakkelijk opnieuw op het oppervlak van het kristal worden gestapeld, het aantonen van de mogelijkheid van van der Waals epitaxie. MoS ₂ atomaire lagen konden omkeerbaar worden gebogen tot ultieme kleine stralen (1,3 ~ 3,0 nm) zonder breuk. Dergelijke ultra-omkeerbaarheid en extreme flexibiliteit bewijzen dat ze mechanisch robuuste kandidaten kunnen zijn voor de geavanceerde flexibele elektronische apparaten, zelfs onder extreme vouwomstandigheden.