Een team van Europese onderzoekers is een van de eerste groepen geworden die met succes het 2D-materiaal germaneen heeft gesynthetiseerd.

Nagesynchroniseerd een 'neef van grafeen', het materiaal, die bestaat uit slechts een enkele laag germaniumatomen, zal naar verwachting indrukwekkende elektrische en optische eigenschappen vertonen en in de toekomst op grote schaal geïntegreerd kunnen worden in de elektronica-industrie.

Het materiaal is vandaag gepresenteerd, 10 sept., in de Nieuw tijdschrift voor natuurkunde .

Germanene werd voor het eerst voorgesteld in 2009, maar heeft, tot nu toe, ongrijpbaar gebleven. Vanaf dat moment, grafeen is verder ontwikkeld, terwijl andere 2D-materialen, zoals siliceen, zijn gesynthetiseerd.

Net als siliceen, de voorgestelde methode voor het synthetiseren van germaneen is het afzetten van individuele germaniumatomen op een substraat onder hoge temperaturen en in een ultrahoog vacuüm.

De doorbraak van het Europese onderzoeksteam vond plaats in parallel met een onafhankelijk team uit China dat bewijs heeft geleverd dat germaneen is gesynthetiseerd op een platinasubstraat.

In de huidige studie ontdekten de onderzoekers, nogal toevallig, dat goud ook als substraat kan worden gebruikt, een evenement waarvan co-auteur van de studie Professor Guy Le Lay, van de universiteit van Aix-Marseille, beschreven als 'alsof je door de spiegel kijkt'.

'Na onze synthese van het andere neefje van grafeen, siliceen, we dachten dat het natuurlijk was om op dezelfde manier germaneen te produceren, door germanium af te zetten op een zilversubstraat, ' zei Le Lay.

'Deze poging is mislukt, dus besloot ik over te stappen op een goudsubstraat, nadat ik me mijn oude werk herinnerde uit mijn proefschrift, waarin goud werd gekweekt op een germaniumsubstraat. Ik dacht dat het de moeite waard zou zijn om het andersom te proberen.'

Na het afzetten van de germaniumatomen op een goudsubstraat, de onderzoekers konden bevestigen dat het materiaal in feite germaneen was door spectroscopiemetingen en dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) berekeningen te doen, die de elektronische structuur van het materiaal onderzocht.

Het materiaal werd ook waargenomen onder een scanning tunneling microscoop, die de karakteristieke honingraatstructuur van een 2D-materiaal onthulde.

De onderzoekers zijn van mening dat met verdere ontwikkeling het mogelijk is om germaneen te laten groeien op dunne goudfilms die bovenop een flexibel substraat zitten, wat zeker goedkoper zou zijn dan platina en waardoor germaneen op grote schaal kon worden gesynthetiseerd.

Aanvullend, de unieke eigenschappen van germaneen zouden het een robuuste tweedimensionale topologische isolator kunnen maken, vooral tot kamertemperatuur, het openen van de mogelijkheid om het materiaal te gebruiken in quantum computing.

Professor Le Lay vervolgde:'We hebben overtuigend bewijs geleverd van de geboorte van bijna vlak germaneen - een roman, synthetisch germaniumallotroop dat in de natuur niet voorkomt. Het is een nieuwe neef van grafeen.

'De synthese van germaneen is nog maar het begin van een lange zoektocht. Inderdaad, succes in de synthese was niet gemakkelijk te bereiken en behoorlijk veeleisend. Er is nu nog veel werk nodig om de elektronische eigenschappen van het materiaal verder te karakteriseren.'

Co-auteur van de studie Professor Angel Rubio, van de Universiteit van Baskenland, toegevoegd:'Een belangrijk aspect van ons onderzoek is dat we het lego van 2D-materialen hebben vergroot waarmee we een hele reeks kunstmatige vaste materialen kunnen bouwen met een breed scala aan verschillende eigenschappen.'