Het combineren van een atomair dun grafeen en een boornitridelaag onder een licht geroteerde hoek verandert hun elektrische eigenschappen. Natuurkundigen van de Universiteit van Basel hebben nu voor het eerst aangetoond dat de combinatie met een derde laag kan resulteren in nieuwe materiaaleigenschappen, ook in een drielaagse sandwich van koolstof en boornitride. Dit verhoogt aanzienlijk het aantal potentiële synthetische materialen, rapporteer de onderzoekers in het wetenschappelijke tijdschrift Nano-letters .

Vorig jaar, onderzoekers in de VS veroorzaakten veel opschudding toen ze aantoonden dat het roteren van twee gestapelde grafeenlagen met een "magische" hoek van 1,1 graad grafeen supergeleidend maakt - een treffend voorbeeld van hoe de combinatie van atomair dunne materialen volledig nieuwe elektrische eigenschappen kan produceren.

Precisie uitlijning

Wetenschappers van het Zwitserse Nanoscience Institute en de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Basel hebben dit concept nu een stap verder gebracht. Ze plaatsten een laag grafeen tussen twee boornitride-lagen, die vaak dient om de gevoelige koolstofstructuur te beschermen. Als je dat doet, ze lijnden de lagen heel precies uit met het kristalrooster van het grafeen.

Het effect waargenomen door de natuurkundigen in het team van professor Christian Schönenberger staat algemeen bekend als een moiré-patroon:wanneer twee regelmatige patronen over elkaar heen worden gelegd, een nieuw patroon resulteert met een groter periodiek rooster.

Nieuw drielaags superrooster

Lujun Wang, een lid van de SNI Ph.D. School en onderzoeker in het team van Schönenberger, zag ook effecten van dit soort superroosters toen hij lagen boornitride en grafeen combineerde. De atomen zijn in alle lagen hexagonaal gerangschikt. Als ze op elkaar worden gestapeld, grotere regelmatige patronen ontstaan, met een grootte afhankelijk van de hoek tussen de lagen.

Eerder was al aangetoond dat dit werkt met een tweelaagse combinatie van grafeen en boornitride, maar de effecten van een tweede boornitridelaag waren nog niet gevonden.

Toen de fysici uit Bazel experimenteerden met drie lagen, er werden twee superroosters gevormd tussen het grafeen en de bovenste en onderste boornitridelaag, respectievelijk. De superpositie van alle drie de lagen creëerde een nog grotere bovenbouw dan mogelijk was met slechts één laag.

Wetenschappers zijn erg geïnteresseerd in dit soort kunststoffen, omdat de verschillende moiré-patronen kunnen worden gebruikt om nieuwe elektronische materiaaleigenschappen te veranderen of kunstmatig te produceren.

"Simpel gezegd, de atomaire patronen bepalen het gedrag van elektronen in een materiaal, en we combineren verschillende natuurlijk voorkomende patronen om nieuwe synthetische materialen te creëren, " legt Dr. Andreas Baumgartner uit, die het project begeleidde. "Nu hebben we effecten ontdekt in deze op maat gemaakte elektronische apparaten die consistent zijn met een drielaagse bovenbouw, " hij voegt toe.