Het fenomeen dat interferentiepatronen vormt op televisieschermen wanneer een camera scherpstelt op een patroon zoals een persoon die strepen draagt, heeft geleid tot een nieuwe manier om elektronische apparaten te conceptualiseren. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois laten zien hoe de versie op atomaire schaal van dit fenomeen de geheimen kan bevatten om het ontwerp van elektronica tot de grenzen van grootte en snelheid te helpen brengen.

In hun nieuwe studie werktuigbouwkundige en technische professor Harley Johnson, zijn co-auteurs, herschreven een detail dat eerder werd gezien als een defect in het ontwerp van nanomaterialen tot een concept dat de manier zou kunnen veranderen waarop ingenieurs elektronica ontwerpen. Het team, waartoe ook de afgestudeerde student werktuigbouwkunde en techniek Brian McGuigan en de Franse medewerkers Pascal Pochet en Johann Coraux behoren, publiceerde zijn bevindingen in het tijdschrift Toegepaste materialen vandaag .

Op beeldschermen, moiré-patronen treden op wanneer de pixelvorming bijna dezelfde schaal heeft als een gefotografeerd patroon, Johnson zei, of wanneer twee dunne lagen van een materiaal met een periodieke structuur, zoals doorschijnende stoffen en raamschermen, enigszins scheef op elkaar geplaatst.

Op macroschaal, moirés zijn optische fenomenen die geen tastbare objecten vormen. Echter, wanneer deze patronen zich voordoen op atomair niveau, schikkingen van elektronen worden op hun plaats vergrendeld door atomaire krachten om draden op nanoschaal te vormen die elektriciteit kunnen overbrengen, aldus de onderzoekers.

"Tweedimensionale materialen - dunne films die zijn ontworpen om een ​​dikte van één atoom te hebben - creëren moiré-patronen wanneer ze op elkaar worden gestapeld en scheef zijn, uitgerekt, samengedrukt of gedraaid, Johnson zei. "Het moiré komt naar voren als atomen lineaire gebieden met een hoge elektronendichtheid vormen. De resulterende lijnen creëren wat in wezen een extreem dunne draad is."

Al decenia, natuurkundigen observeerden microscoopbeelden van atomaire rangschikkingen van 2-D dunne films en herkenden ze als periodieke reeksen van kleine defecten die bekend staan ​​​​als dislocaties, maar de groep van Johnson is de eerste die opmerkt dat dit ook veelvoorkomende moirépatronen zijn.

"Een moirépatroon is gewoon een reeks dislocaties, en een reeks dislocaties is een moirépatroon - het gaat beide kanten op, "Zei Johnson. Dit besef opende de deur naar wat Johnson's groep noemt als moiré-engineering - wat zou kunnen leiden tot een nieuwe manier om de kleinste, lichtste en snelste elektronica.

Door de oriëntatie van gestapelde lagen van 2-D dunne films zoals grafeen te manipuleren, draden met een dikte van één atoom kunnen worden geassembleerd, de basis leggen om nanocircuits te schrijven. Een draad met een dikte van één atoom is de limiet van dunheid. Hoe dunner de draad, hoe sneller elektronen kunnen reizen, wat betekent dat deze technologie het potentieel heeft om de snelst mogelijke zenddraden en circuits te produceren, aldus de onderzoekers.

"Er is altijd de vraag hoe je verbinding kunt maken met een circuit dat zo klein, Johnson zei. "Er is nog veel werk aan de winkel om manieren te vinden om 2D-materialen aan elkaar te naaien op een manier die een apparaat zou kunnen produceren."

Ondertussen, Johnson's groep richt zich op soorten apparaten die kunnen worden gemaakt met behulp van moiré-engineering.

"In staat zijn om het moiré-patroon zelf te ontwerpen, is een pad naar nieuwe lichtgewicht en minder opdringerige apparaten die toepassingen kunnen hebben in de biomedische en ruimtevaartindustrie, " zei hij. "De mogelijkheden worden alleen beperkt door de verbeeldingskracht van ingenieurs."