Een atypische tweedimensionale sandwich heeft het smakelijke deel aan de buitenkant voor wetenschappers en ingenieurs die multifunctionele nanodevices ontwikkelen.

Een atoomdunne laag halfgeleiderantimoon gecombineerd met ferro-elektrisch indiumselenide zou unieke eigenschappen vertonen, afhankelijk van de zijde en polarisatie door een extern elektrisch veld.

Het veld kan worden gebruikt om de polarisatie van indiumselenide te stabiliseren, een lang gezochte eigenschap die de neiging heeft te worden vernietigd door interne velden in materialen zoals perovskieten, maar zeer nuttig zou zijn voor zonne-energietoepassingen.

Berekeningen door rijstmaterialentheoreticus Boris Yakobson, hoofdauteur en onderzoeker Jun-Jie Zhang en afgestudeerde student Dongyang Zhu laten zien dat door de polarisatie van het materiaal met een extern elektrisch veld te wisselen, het ofwel een eenvoudige isolator is met een bandafstand die geschikt is voor absorptie van zichtbaar licht of een topologische isolator, een materiaal dat alleen elektronen langs het oppervlak geleidt.

Door het veld naar binnen te draaien, zou het materiaal geschikt zijn voor zonnepanelen. Door het naar buiten te draaien, zou het nuttig kunnen zijn als een spintronisch apparaat voor kwantumcomputers.

De studie van het laboratorium verschijnt in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

"De mogelijkheid om naar believen te schakelen tussen de elektronische bandstructuur van het materiaal is een zeer aantrekkelijke knop, " zei Yakobson. "De sterke koppeling tussen ferro-elektrische toestand en topologische orde kan helpen:de aangelegde spanning schakelt de topologie door de ferro-elektrische polarisatie, die als tussenpersoon fungeert. Dit biedt een nieuw paradigma voor apparaatengineering en -besturing."

Zwak gebonden door de Van der Waals kracht, de lagen veranderen hun fysieke configuratie wanneer ze worden blootgesteld aan een elektrisch veld. Dat verandert de band gap van de compound, en de verandering is niet triviaal, zei Zhang.

"De centrale seleniumatomen verschuiven samen met de schakelende ferro-elektrische polarisatie, " zei hij. "Dit soort omschakeling in indiumselenide is waargenomen in recente experimenten."

In tegenstelling tot andere structuren voorgesteld en uiteindelijk gemaakt door experimentatoren - boor buckyballs zijn een goed voorbeeld - kan het schakelmateriaal relatief eenvoudig te maken zijn, volgens de onderzoekers.

"In tegenstelling tot typische stortgoederen, gemakkelijke afschilfering van van der Waals-kristallen langs het lage oppervlakte-energievlak maakt realistisch hun hermontage in heterobilagen mogelijk, nieuwe mogelijkheden openen zoals die we hier ontdekten, ' zei Zhang.