Nanowetenschappers van de Northwestern University hebben een blauwdruk ontwikkeld om nieuwe heterostructuren te maken van verschillende soorten 2D-materialen. 2D-materialen zijn enkele atoomlagen die op elkaar kunnen worden gestapeld als 'nano-in elkaar grijpende bouwstenen'. Materiaalwetenschappers en natuurkundigen zijn enthousiast over de eigenschappen van 2D-materialen en hun mogelijke toepassingen. De onderzoekers beschrijven hun blauwdruk in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

"We hebben een eenvoudige, deterministische en gemakkelijk inzetbare manier om deze afzonderlijke lagen te stapelen en te naaien in bestellingen die in de natuur niet worden gezien, " zei Jeffrey Cain, een auteur van de krant die vroeger aan de Northwestern University werkte, maar nu aan het Lawrence Berkeley National Laboratory en de University of California werkt.

Cain legde uit dat voor nanowetenschappers, "de droom" is om 2D-materialen in willekeurige volgorde te combineren en een bibliotheek van deze heterostructuren te verzamelen met hun gedocumenteerde eigenschappen. Wetenschappers kunnen vervolgens geschikte heterostructuren uit de bibliotheek selecteren voor hun gewenste toepassingen. Bijvoorbeeld, de computerindustrie probeert transistors kleiner en sneller te maken om de rekenkracht te vergroten. Een halfgeleider op nanoschaal met gunstige elektronische eigenschappen zou kunnen worden gebruikt om transistors te maken in computers van de volgende generatie.

Tot dusver, nanowetenschappers hadden geen duidelijke methoden om heterostructuren te fabriceren, en hebben deze bibliotheek nog niet kunnen ontwikkelen. In dit werk, de wetenschappers probeerden deze fabricageproblemen op te lossen. Na het identificeren van trends in de literatuur, ze testten verschillende omstandigheden om de verschillende parameters in kaart te brengen die nodig zijn om specifieke heterostructuren te laten groeien uit vier soorten 2D-materialen:molybdeendisulfide en diselenide, en wolfraamdisulfide en diselenide. Om de atomair dunne eindproducten volledig te karakteriseren, de wetenschappers gebruikten microscopie- en spectrometrietechnieken.

De groep werd geïnspireerd door de wetenschap van tijd-temperatuur-transformatiediagrammen in klassieke materialen, die verwarmings- en koelprofielen in kaart brengt om nauwkeurige metalen microstructuren te genereren. Op basis van deze methode, de onderzoekers verpakten hun bevindingen in één schematische techniek:het tijd-temperatuur-architectuurdiagram.

"Mensen hadden eerder papers geschreven voor specifieke morfologieën, maar we hebben het allemaal verenigd en het genereren van deze morfologieën mogelijk gemaakt met één techniek, ' zei Kaïn.

De uniforme tijd-temperatuur-architectuurdiagrammen geven aanwijzingen voor de exacte omstandigheden die nodig zijn om talrijke heterostructuurmorfologieën en composities te genereren. Met behulp van deze diagrammen, de onderzoekers ontwikkelden een unieke bibliotheek van nanostructuren met fysische eigenschappen die interessant zijn voor natuurkundigen en materiaalwetenschappers. De wetenschappers van de Northwestern University onderzoeken nu het gedrag van sommige materialen in hun bibliotheek, zoals de elektronenstroom over de gestikte kruispunten tussen materialen.

De onderzoekers hopen dat hun blauwdrukontwerp nuttig zal zijn voor fabricage van heterostructuren buiten de eerste vier materialen. "Onze specifieke diagrammen zouden herzien moeten worden in de context van elk nieuw materiaal, maar we denken dat dit idee toepasbaar en uitbreidbaar is naar andere materiële systemen, ' zei Kaïn.