In 1884, Edwin Abbott schreef de roman Flatland:A Romance in Many Dimensions als een satire van de Victoriaanse hiërarchie. Hij stelde zich een wereld voor die slechts in twee dimensies bestond, waar de wezens 2D geometrische figuren zijn. De fysica van zo'n wereld is enigszins verwant aan die van moderne 2D-materialen, zoals grafeen en overgangsmetaal dichalcogeniden, waaronder wolfraamdisulfide (WS ₂ ), wolfraamdiselenide (WSe ₂ ), molybdeendisulfide (MoS ₂ ) en molybdeendiselenide (MoSe ₂ ).

Moderne 2D-materialen bestaan ​​uit lagen met één atoom, waar elektronen in twee dimensies kunnen bewegen, maar hun beweging in de derde dimensie is beperkt. Door dit 'knijpen', 2D-materialen hebben verbeterde optische en elektronische eigenschappen die veelbelovend zijn als de volgende generatie, ultradunne apparaten op het gebied van energie, communicatie, beeldvorming en kwantumcomputers, onder andere.

Typisch, voor al deze toepassingen de 2D-materialen worden voorgesteld in platliggende opstellingen. Helaas, echter, de sterkte van deze materialen is ook hun grootste zwakte:ze zijn extreem dun. Dit betekent dat wanneer ze verlicht zijn, licht kan slechts over een kleine dikte met hen interageren, wat hun bruikbaarheid beperkt. Om deze tekortkoming te verhelpen, onderzoekers beginnen te zoeken naar nieuwe manieren om de 2D-materialen te vouwen tot complexe 3D-vormen.

In ons 3D-universum, 2D-materialen kunnen op elkaar worden gerangschikt. Om de Flatland-metafoor uit te breiden, zo'n opstelling zou letterlijk parallelle werelden vertegenwoordigen die worden bewoond door mensen die voorbestemd zijn elkaar nooit te ontmoeten.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Bath in het VK hebben een manier gevonden om 2D-bladen van WS te rangschikken ₂ (eerder gemaakt in hun lab) in een 3D-configuratie, resulterend in een energielandschap dat sterk veranderd is in vergelijking met dat van de platliggende WS ₂ bladen. Deze specifieke 3D-opstelling staat bekend als een 'nanomesh':een webbed netwerk van dicht opeengepakte, willekeurig verdeelde stapels, met gedraaide en/of versmolten WS ₂ bladen.

Dergelijke aanpassingen in Flatland zouden mensen in staat stellen in elkaars werelden te stappen. "We waren er niet op uit om de inwoners van Flatland te verontrusten, " zei professor Ventsislav Valev die het onderzoek leidde, "Maar vanwege de vele defecten die we hebben nano-engineered in de 2D-materialen, deze hypothetische bewoners zouden hun wereld inderdaad heel vreemd vinden.

"Eerst, onze WS2-platen hebben eindige afmetingen met onregelmatige randen, zodat hun wereld een vreemd gevormd einde zou hebben. Ook, sommige zwavelatomen zijn vervangen door zuurstof, wat voor elke bewoner gewoon verkeerd zou voelen. Het belangrijkste is, onze platen kruisen en smelten samen, en zelfs over elkaar heen draaien, die het energielandschap van de materialen wijzigt. Voor de Flatlanders, zo'n effect zou eruitzien alsof de wetten van het universum plotseling in hun hele landschap waren veranderd."

Dr. Adelina Ilie, die het nieuwe materiaal samen met haar voormalige Ph.D. student en postdoc Zichen Liu, zei:"Het gewijzigde energielandschap is een belangrijk punt voor onze studie. Het is het bewijs dat het assembleren van 2D-materialen in een 3D-opstelling niet alleen resulteert in 'dikkere' 2D-materialen - het produceert geheel nieuwe materialen. Ons nanomesh is technologisch eenvoudig te produceren , en het biedt afstembare materiaaleigenschappen om te voldoen aan de eisen van toekomstige toepassingen."

Professor Valev voegde toe:"Het nanomesh heeft zeer sterke niet-lineaire optische eigenschappen - het zet de ene laserkleur efficiënt om in een andere over een breed kleurenpalet. Ons volgende doel is om het te gebruiken op Si-golfgeleiders voor het ontwikkelen van kwantum optische communicatie."

doctoraat student Alexander Murphy, ook betrokken bij het onderzoek, zei:"Om het gewijzigde energielandschap te onthullen, we hebben nieuwe karakteriseringsmethoden bedacht en ik kijk ernaar uit om deze op andere materialen toe te passen. Wie weet wat we nog zouden kunnen ontdekken?"