Plastic, glas en gels, ook bekend als bulk amorfe materialen, zijn alledaagse voorwerpen voor ons allemaal. Maar voor onderzoekers deze materialen zijn lange tijd wetenschappelijke raadsels geweest, vooral als het gaat om hun atomaire samenstelling, die de strikte geordende structuur van kristallen mist die in de meeste vaste stoffen zoals metalen, diamanten en zouten.

Hoewel door de wetenschappelijke gemeenschap algemeen wordt aangenomen dat het continue willekeurige netwerken van atomen zijn, een al lang bestaande, fundamentele vraag bestond:zijn amorfe materialen echt continue willekeurige netwerken of hebben ze nanokristallieten erin ingebed?

Nutsvoorzieningen, we hebben eindelijk antwoorden - dankzij een nieuwe studie waarin de eerste succesvolle experimenten worden beschreven, beeldvorming met atomaire resolutie, en het onderzoeken van de eigenschappen van tweedimensionale amorfe koolstof. De krant verschijnt vandaag in Natuur en wordt gepubliceerd door een internationaal team van onderzoekers, waaronder Sokrates Pantelides, University Distinguished Professor of Physics and Engineering aan de Vanderbilt University.

"Voor de eerste keer, dankzij de ontdekking van dit monolaag materiaal, we kunnen de samenstelling van een amorfe structuur bevestigen als een willekeurig netwerk met nanokristallieten, sterk bewijs leveren aan één kant van het oorspronkelijke debat, " zei Pantelides. "Maar dit werk geeft niet alleen antwoorden; Het geeft een fysieke, tweedimensionaal koolstofmateriaal, onderscheiden van het geprezen grafeen, met potentieel veelbelovende toepassingen tot ver in onze toekomst."

Toekomstige apparaattoepassingen van het materiaal, volgens Pantelides, kunnen anticorrosiebarrières omvatten voor magnetische harde schijven in toekomstige computers en voor stroomcollectorelektroden in batterijen.

De vragen met betrekking tot de samenstelling van amorfe materialen bleven jarenlang bestaan ​​vanwege langdurige technologische problemen voor onderzoekers, waaronder beperkingen in kleinschalige microscopie die natuurkundigen verhinderden om driedimensionale amorfe materialen nauwkeurig af te beelden op atomaire schaal. En hoewel onderzoekers amorfe monolagen nauwkeurig konden afbeelden, dergelijke monolagen werden tot nu toe vervaardigd met behulp van hoogenergetische elektronenstralen om kristallijne monolagen te verstoren.

De allereerste stabiele monolaag van amorfe koolstof, gekweekt door een team onder leiding van Barbaros Özyilmaz van de National University of Singapore en afgebeeld door de groep van Kazu Suenaga in de wetenschapsstad Tsukuba, Japan, maakt deze problemen tot het verleden.

Een theoretisch fysicus, Professor Pantelides werkte op afstand samen met de teams in Singapore en Tokio om experimentele gegevens te integreren, theorie grondbeginselen, en resultaten van berekeningen. Een voormalig afgestudeerde student van Pantelides, Junhao Lin, een postdoctoraal onderzoeker in de Suenaga-groep, de sleutelmicroscopie uitgevoerd. Vanderbilt postdoctoraal fellow Yun-Peng Wang construeerde een geschikt model en voerde berekeningen uit.

De groeimethode, die een koud substraat gebruikt, en gebruikt een laser om op een gecontroleerde manier energie te leveren, levert reproduceerbare monolaagfilms op en leidde tot hernieuwde kennis van atomaire rangschikkingen en elektrische, mechanische en optische eigenschappen.

Dankzij de succesvolle ontwikkeling en bevindingen van het team, de reproduceerbare benadering opent de deur voor onderzoek naar de groei van andere amorfe tweedimensionale materialen.