Soms, wetenschappelijke bevindingen kunnen de fundamenten opschudden van wat ooit voor waar werd gehouden, waardoor we een stap terug doen en onze basisveronderstellingen opnieuw onder de loep nemen.

Een recent onderzoek aan het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft het bestaan ​​van siliceen, beschouwd als een van 's werelds nieuwste en populairste tweedimensionale nanomaterialen. De studie kan grote implicaties hebben voor een elektronica-industrie van miljarden dollars die een revolutie wil ontketenen in technologie op schaal 80, 000 keer kleiner dan het mensenhaar.

Siliceen werd voorgesteld als een tweedimensionale laag siliciumatomen die experimenteel kan worden gemaakt door silicium te oververhitten en atomen op een zilverplatform te verdampen. Zilver is het voorkeursplatform omdat het het silicium niet aantast via chemische binding en er mag ook geen legering optreden vanwege de lage oplosbaarheid. Tijdens het verwarmingsproces, terwijl de siliciumatomen op het platform vallen, onderzoekers geloofden dat ze zichzelf op bepaalde manieren rangschikten om een ​​enkel blad van in elkaar grijpende atomen te creëren.

Silicium, anderzijds, bestaat in drie dimensies en is een van de meest voorkomende elementen op aarde. een metalen, halfgeleider en isolator, gezuiverd silicium is extreem stabiel en is essentieel geworden voor de geïntegreerde schakelingen en transistors waarop de meeste van onze computers draaien.

Zowel siliceen als silicium moeten onmiddellijk reageren met zuurstof, maar ze reageren iets anders. In het geval van silicium, zuurstof verbreekt enkele van de siliciumbindingen van de eerste een of twee atoomlagen om een ​​laag silicium-zuurstof te vormen. Dit, verrassend genoeg, fungeert als een chemische barrière om het verval van de onderste lagen te voorkomen.

Omdat het uit slechts één laag siliciumatomen bestaat, siliceen moet in een vacuüm worden gehanteerd. Blootstelling aan elke hoeveelheid zuurstof zou het monster volledig vernietigen.

Dit verschil is een van de sleutels tot de ontdekking van de onderzoekers. Na het afzetten van de atomen op het zilveren platform, eerste tests wezen uit dat legeringachtige oppervlaktefasen zich zouden vormen tot bulksiliciumlagen, of "bloedplaatjes" zouden neerslaan, die is aangezien als tweedimensionaal siliceen.

"Sommige van de bulk silicium bloedplaatjes waren meer dan één laag dik, " zei Argonne-wetenschapper Nathan Guisinger van Argonne's Center for Nanoscale Materials. "We hebben vastgesteld dat als we te maken hadden met meerdere lagen siliciumatomen, we zouden het uit onze ultrahoge vacuümkamer kunnen halen en in de lucht kunnen brengen en wat andere tests kunnen doen."

"Iedereen ging ervan uit dat het monster onmiddellijk zou vergaan zodra ze het uit de kamer zouden halen, ", voegde Brian Kiraly, afgestudeerde student aan de Northwestern University, toe, een van de belangrijkste auteurs van het onderzoek. "We waren de eersten die het daadwerkelijk naar buiten brachten en grote experimenten uitvoerden buiten het vacuüm."

Elke nieuwe reeks experimenten leverde een nieuwe reeks aanwijzingen op dat dit was, in feite, niet siliceen.

Door de bovenste lagen van het materiaal te onderzoeken en te categoriseren, ontdekten de onderzoekers siliciumoxide, een teken van oxidatie in de toplagen. Ze waren ook verrast toen ze ontdekten dat deeltjes van het zilverplatform op aanzienlijke diepten gelegeerd waren met het silicium.

"We ontdekten dat wat eerdere onderzoekers identificeerden als siliceen eigenlijk gewoon een combinatie is van het silicium en het zilver, ", zei de Northwestern-afgestudeerde student Andrew Mannix.

Voor hun laatste test, de onderzoekers besloten om de atomaire signatuur van het materiaal te onderzoeken.

Materialen zijn opgebouwd uit systemen van atomen die op unieke manieren binden en trillen. Met Raman-spectroscopie kunnen onderzoekers deze bindingen en trillingen meten. Gehuisvest in het Center for Nanoscale Materials, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit, de spectroscoop stelt onderzoekers in staat om licht te gebruiken om de positie van één atoom in een kristalrooster te "verschuiven", wat op zijn beurt een verschuiving in de positie van zijn buren veroorzaakt. Wetenschappers definiëren een materiaal door te meten hoe sterk of zwak deze bindingen zijn in verhouding tot de frequentie waarmee de atomen trillen.

De onderzoekers merkten iets vreemds op bij het bekijken van de trillingskenmerken en frequenties van hun monster. Hun monster vertoonde geen karakteristieke trillingen van siliceen, maar het kwam overeen met die van silicium.

"Het gebeurt niet vaak dat zoveel onderzoeksgroepen en papers het bij het verkeerde eind hebben, " zegt Guisinger. "Ik hoop dat ons onderzoek toekomstige studies helpt begeleiden en overtuigend aantoont dat zilver geen goed platform is als je siliceen probeert te kweken."