Als we nadenken over de links naar de toekomst - de wereldwijde overgang naar zonne- en windenergie, tactiele virtual reality of synthetische neuronen - er is geen gebrek aan grote ideeën. Het zijn de materialen om de grote ideeën uit te voeren - de mogelijkheid om de lithium-ionbatterijen te produceren, opto-elektronica en waterstofbrandstofcellen - die tussen concept en realiteit staan.

Voer tweedimensionale materialen in, de laatste stap in innovatie. Bestaande uit een enkele laag atomen, tweedimensionale materialen zoals grafeen en fosforeen vertonen nieuwe eigenschappen met verreikende mogelijkheden. Met een mogelijkheid om te worden gecombineerd als Legoblokjes, deze materialen bieden verbindingen met toekomstige producten, inclusief nieuwe middelen om zowel macht als mensen over te brengen, met een efficiëntere energietransmissie, en door zonne- en wind aangedreven voertuigen op wegen en in de lucht.

Een onderzoek onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Georgia kondigt het succesvolle gebruik aan van een nieuwe nano-imaging-techniek waarmee onderzoekers deze materialen voor het eerst op een uitgebreide manier op nanoschaal kunnen testen en identificeren. Nutsvoorzieningen, er is een manier om te experimenteren met nieuwe materialen voor onze grote ideeën op een echt, echt kleinschalig.

"Fundamentele wetenschap-kleinschalige elektrische geleidbaarheid, lichtemissie, structurele veranderingen gebeuren op nanoschaal, " zei Yohannes Abate, Susan Dasher en Charles Dasher MD hoogleraar natuurkunde aan het Franklin College of Arts and Sciences en hoofdauteur van het nieuwe artikel. "Deze nieuwe tool stelt ons in staat om dit alles gecombineerd te visualiseren met ongekende specificiteit en resolutie."

"Omdat we atomen niet kunnen zien met traditionele methoden, we moesten nieuwe tools uitvinden om ze te visualiseren, " zei hij. De hyperspectrale beeldvormingstechniek stelt wetenschappers in staat om elektrische eigenschappen te inspecteren, optische eigenschappen, en de mechanische eigenschappen op de fundamentele lengteschaal, tegelijkertijd.

Het onderzoek naar hyperspectrale beeldvorming wordt ondersteund door subsidies van de United States Air Force en de National Science Foundation. De onderzoekers creëerden een vel van één atoom dik van twee soorten halfgeleiders die aan elkaar waren genaaid, vergelijkbaar met het samenstellen van een atomaire Lego, met eigenschappen die niet worden gevonden in traditionele dikke materialen. Met één-atoom-dikke kristallen, elk atoom wordt letterlijk blootgesteld aan het oppervlak, het combineren van atomaire eigenschappen die resulteren in nieuwe eigenschappen.

"De kern van de materiaalwetenschap is de noodzaak om fundamentele eigenschappen van nieuwe materialen te begrijpen, anders is het onmogelijk om te profiteren van hun unieke eigenschappen, "Abate zei. "Deze techniek brengt ons een stap dichter bij het kunnen gebruiken van deze materialen voor een aantal potentiële toepassingen."

Deze omvatten verschillende vormen van elektronica of lichtemitterende systeemtoepassingen. Hoe het effect van zeer kleine veranderingen in atomaire samenstelling te verifiëren, geleidbaarheid en lichtrespons van materialen van één atoom tegelijk was tot nu toe de uitdaging, zei Abate.

Nobelprijswinnaar natuurkundige Richard Feynman, die al in de jaren zestig nanotechnologie voor ogen had, voorspelde dat naarmate wetenschappers bepaalde soorten atomen konden kiezen en vervangen, ze zouden praktisch elk denkbaar materiaal kunnen fabriceren.

"Meer dan een halve eeuw later, we zijn er nog niet, maar waar we zijn, we kunnen ze visualiseren, en op die schaal zijn er nieuwe problemen die zich kunnen voordoen en we moeten die eigenschappen begrijpen als onderdeel van het begrijpen van de materiaaleigenschappen op grote schaal, voordat we ze kunnen gebruiken, ' zei Abate.

Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .