Ensimmäinen yksikerroksinen amorfinen kalvo

Amorfisen rakenteen atomien välinen etäisyys toisistaan vaihtelee laajasti toisin kuin kiteissä. Tämä johtuu viiden, kuuden, seitsemän ja kahdeksan hiilen renkaiden satunnaisesta järjestymisestä tasomaisessa hiiliverkossa, mikä johtaa sidospituuksien (Å) ja sidoskulmien laajaan jakautumiseen.

National University of Singaporen (NUS) tutkijat kansainvälisine kollegoineen ovat syntetisoineet maailman ensimmäisen yhden atomin paksuisen amorfisen kalvon (MAC).

”MAC:n avulla olemme ensimmäistä kertaa osoittaneet, että täysin amorfiset materiaalit voivat olla stabiileja ja muihin tukeutumattomia yksittäisissä atomikerroksissa.

Amorfisilla materiaaleilla on suuri tekninen merkitys, mutta yllättäen ne ovat edelleen huonosti ymmärrettyjä perustieteen kannalta. Tämä läpimurto mahdollistaa suoran kuvantamisen paljastaen, kuinka atomit ovat järjestyneet amorfisissa materiaaleissa ja sillä voisi olla kaupallista arvoa akuille, puolijohteille, kalvoille ja monille muille sovelluksille”, toteaa professori Barbaros Özyilmaz.

Äskettäin syntetisoiduissa MAC-kalvoissa esiintyy nanometrin kokoisia laikkuja venyneistä ja vääristyneistä kuusikulmaisista hiilirenkaista mutta näiden välillä on satunnainen epäjärjestys. Siten MAC-kalvot sisältävät myös 5-, 7- ja 8-jäsenisiä renkaita.

Nämä atomisen ohuet amorfiset hiililevyt syntetisoidaan laserin avulla. Se höyrystää hiiltä sisältävän esivaihekaasun atomisen hienoksi sumuksi ja erittäin reaktiivisiksi energialajeiksi, jotka muodostavat välittömästi MAC-kalvon, kun ne osuvat melkein minkä tahansa substraatin pintaan.

Siitä huolimatta, että MAC:lla on epäjärjestynyt atomirakenne, sillä on kyky todella uskomattomaan käyttäytymiseen. Tutkijoiden mukaan MAC:ssa on hämmästyttävää, että sillä on joitain ominaisuuksia, jotka ovat täysin erilaisia kuin perinteisillä yksikerroksisilla materiaaleilla.

Niitä voidaan venyttää plastisesti epäsäännöllisiin muotoihin ja ne pysyvät sellaisena. Ei ole olemassa muuta yksikerroksista materiaalia, jossa voisi olla merkittäviä plastisia muodonmuutoksia. Se tosiasia, että MAC käyttäytyy tällä tavalla, verrattuna nanometrin paksuisiin kiteisiin materiaaleihin, jotka helposti rikkoutuvat venytettäessä, lisää merkittävästi teollisten sovellusten määrää, johon se voisi sopia.

Tutkijoiden mukaan kyseessä on täysin uusi materiaali, joka on paljon kestävämpi ja halvempi valmistaa kuin perinteiset kiteiset kaksiulotteiset kalvot. Sitä voidaan kasvattaa monilla eri alustoilla, mukaan lukien kupari, kulta ja ruostumaton teräs.

Tämä tekee MAC:sta potentiaalisesti edullisen materiaalin teollisuuden tarpeisiin ja joissakin sovelluksissa se voi olla vaihtoehto kaksiulotteisille kiteille kuten grafeenille.

Erittäin ohuita estekalvoja tarvitaan kipeästi monilla teollisuudenaloilla. Tavanomaisten amorfisten ohutkalvojen suorituskyky on heikko, kun niistä tehdään erittäin ohuita. Muita atomisesti ohuita kalvoja ei voida valmistaa teollisuusstandardien mukaisesti heikentämättä niiden ominaisuuksia.

Tutkimusryhmä tutkii tämän materiaalin monia mahdollisia sovelluksia ja tekee jo yhteistyötä teollisuuskumppanien kanssa nopeuttaakseen yksikerroksisten amorfisten materiaalien, kuten MAC:n, kaupallistamista.

Aiheesta aiemmin: Valkoista grafeenia ja timantteja