Rice University-onderzoekers hebben een sandwich op nanoschaal gemodelleerd, de eerste in wat ze hopen een moleculaire delicatessenwinkel te worden voor materiaalwetenschappers.

Hun recept plaatst twee plakjes atoomdik grafeen rond nanoclusters magnesiumoxide die de supersterke, geleidend materiaal uitgebreide opto-elektronische eigenschappen.

Rijstmateriaalwetenschapper Rouzbeh Shahsavari en zijn collega's bouwden computersimulaties van de verbinding en ontdekten dat het functies zou bieden die geschikt zijn voor gevoelige moleculaire detectie, katalyse en bio-imaging. Hun werk zou onderzoekers kunnen helpen bij het ontwerpen van een reeks aanpasbare hybriden van twee- en driedimensionale structuren met ingekapselde moleculen, zei Shahsavari.

Het onderzoek verschijnt deze maand in het tijdschrift Royal Society of Chemistry nanoschaal .

De wetenschappers lieten zich inspireren door experimenten elders waarin verschillende moleculen werden ingekapseld met behulp van van der Waals-krachten om componenten samen te trekken. De door Rice geleide studie was de eerste die een theoretische benadering hanteerde voor het definiëren van de elektronische en optische eigenschappen van een van die "gemaakte" monsters, tweedimensionaal magnesiumoxide in dubbellaags grafeen, zei Shahsavari.

"We wisten of er al een experiment was uitgevoerd, we zouden een geweldig referentiepunt hebben dat het gemakkelijker zou maken om onze berekeningen te verifiëren, waardoor een betrouwbaardere uitbreiding van onze computationele resultaten mogelijk is om prestatietrends te identificeren die buiten het bereik van experimenten liggen, ' zei Shahsavari.

Grafeen op zichzelf heeft geen band gap - de eigenschap die van een materiaal een halfgeleider maakt. Maar de hybride wel, en deze bandkloof kan afstembaar zijn, afhankelijk van de componenten, zei Shahsavari. De verbeterde optische eigenschappen zijn ook afstembaar en nuttig, hij zei.

"We zagen dat terwijl deze enkele vlok magnesiumoxide één soort lichtemissie absorbeerde, toen het gevangen zat tussen twee lagen grafeen, het absorbeerde een breed spectrum. Dat zou een belangrijk mechanisme kunnen zijn voor sensoren, " hij zei.

Shahsavari zei dat de theorie van zijn groep van toepassing zou moeten zijn op andere tweedimensionale materialen, zoals hexagonaal boornitride, en moleculaire vullingen. "Er is geen enkel materiaal dat alle technische problemen van de wereld kan oplossen, " zei hij. "Het komt altijd neer op het maken van hybride materialen om de beste eigenschappen van meerdere componenten samen te brengen om een ​​specifieke taak uit te voeren. Mijn groep werkt aan deze hybride materialen door hun componenten en structuren aan te passen om nieuwe uitdagingen aan te gaan."