(Phys.org) — UT's College of Engineering heeft recente krantenkoppen gehaald voor ontdekkingen die, hoewel atomair klein, onze moderne wereld zou kunnen beïnvloeden.

De Proceedings van de National Academy of Sciences , het officiële wetenschappelijke tijdschrift van de organisatie, publiceerde onlangs een interdisciplinair onderzoek onder leiding van de afdeling Elektrotechniek en Computerwetenschappen, universitair hoofddocent Gong Gu.

Gu's team - waaronder professor Gerd Duscher van de afdeling Materials Science and Engineering en studenten van zowel engineering als de afdeling Natuurkunde - concentreerde zich op de rol van epilaag-substraat-interacties bij het bepalen van oriënterende relaties in van der Waals-epitaxie.

In rudimentaire termen, de studie keek naar het kweken van een atomair dunne, of tweedimensionaal, kristal - de epilaag - bovenop een substraat. Het substraat kan een bulk zijn, of driedimensionaal, kristal of een ander tweedimensionaal kristal.

"Conventionele epitaxie is als het stapelen van legoblokken, " zei Gu. "De noppen en cilinders zijn stijf en moeten daarom heel goed op elkaar worden afgestemd. De covalente binding tussen een driedimensionale epilaag en een 3D-substraat is precies zo."

"Stel je nu Lego-stukken voor met flexibele noppen en cilinders, die niet precies in elkaar hoeven te grijpen maar slechts zwak op elkaar inwerken en je hebt een idee van wat van der Waals epitaxie is."

Het was met die van der Waals "blokken" dat Gu's team zijn verrassende ontdekking deed:de zwak op elkaar inwerkende paren hebben de neiging om oriënterend op elkaar af te stemmen, in sommige opzichten beter dan de sterker verbonden paren.

Het team deed zijn onderzoek met 2D-kristallen van grafeen en hexagonaal boornitride, omdat grafeen sterker interageert met het substraat, maar er niet altijd mee overeenkomt, terwijl hexagonaal boornitride strikt uitgelijnd is.

De randen van de 2D-kristallen "sturen" hun groei vanaf het allereerste begin. De sterkere rand-substraat interactie vervormt de posities van de atomen in het substraat, waardoor het 2D-kristal geen goede sjabloon heeft om op uit te lijnen.

"Dat was enigszins verrassend, " zei Gu. "De veronderstelling dat de meeste mensen hierop ingingen, was dat de materialen met de sterkste bindingen de meest voorspelbare, meest geordende groei, maar dat bleek niet altijd het geval te zijn."

In feite, deze kennis leidde tot een andere recente vooruitgang in 2D-kristalgroei, waar grafeen en boornitride in het vlak worden samengevoegd, met de ritsachtige vergrendeling tussen de twee die de zachte noppen overheerst. Dat voorschot, beurtelings, bracht nog een andere ontdekking voort - de waarneming van "grenstoestanden" aan de grens.