Räätälöityjä 2D-hybridimateriaaleja

Vaikka satoja kaksiulotteisia materiaaleja on olemassa, niiden todellinen yhdistäminen joksikin uudeksi on edelleen haaste. Useimmat yritykset yksinkertaisesti pinoavat nämä atominohuet levyt kuin korttipakan, mutta kerrosten välillä ei tyypillisesti ole merkittävää vuorovaikutusta.

Rice Universityn materiaalitieteilijöiden johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on onnistunut luomaan aidon 2D-hybridin integroimalla kemiallisesti kaksi perustavanlaatuisesti erilaista 2D-materiaalia – grafeenia ja piidioksidilasia – yhdeksi stabiiliksi yhdisteeksi nimeltä glafene.

”Kerrokset eivät vain lepää toistensa päällä – elektronit liikkuvat ja muodostavat uusia vuorovaikutuksia ja värähtelytiloja, mikä synnyttää ominaisuuksia, joita kummallakaan materiaalilla ei ole yksinään”, sanoo Sathvik Iyengar, Rice Universityn tohtoriopiskelija ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja.

Vielä tärkeämpää, Iyengar selitti, on, että menetelmää voitaisiin soveltaa laajaan valikoimaan 2D-materiaaleja, mikä mahdollistaisi suunnittelijan 2D-hybridien kehittämisen seuraavan sukupolven elektroniikkaan, fotoniikkaan ja kvanttilaitteisiin.

”Se avaa oven täysin uusien 2D-materiaaliluokkien – kuten metallien ja eristeiden tai magneettien ja puolijohteiden – yhdistämiselle räätälöityjen materiaalien luomiseksi alusta alkaen”, Iyengar sanoi.

Tiimi kehitti kaksivaiheisen, yhden reaktion menetelmän glafeenin kasvattamiseksi käyttämällä nestemäistä kemiallista esiastetta, joka sisältää sekä piitä että hiiltä. Säätämällä happipitoisuuksia kuumennuksen aikana he ensin kasvattivat grafeenia ja sitten muuttivat olosuhteita piidioksidikerroksen muodostumisen edistämiseksi.

”Tuloksena oleva materiaali on todellinen hybridi, jolla on uusia elektronisia ja rakenteellisia ominaisuuksia.”

Useimmissa 2D-materiaalipinoissa kerrokset yksinkertaisesti istuvat paikoillaan, heikosti yhdessä kuin magneetit jääkaapin ovessa. Mutta glafeenissa kerrokset lukittuvat toisiinsa paljon vahvemmin kuin heikkojen van der Waalsin sidosten kautta, jolloin elektronit voivat virrata niiden välillä ja synnyttää täysin uusia käyttäytymismalleja.

Pulickel Ajayan , Ricen tekniikan professori sekä materiaalitieteen ja nanotekniikan professori, sanoi, että vaikka glafeenin löytäminen on merkittävä itsessään, tutkimuksesta todella jännittävän tekee sen esittelemä laajempi menetelmä – uusi alusta perustavanlaatuisesti erilaisten 2D-materiaalien kemialliselle yhdistämiselle.

Aiheesta aiemmin:

Sivuttainen liitostapa 2D hybridimateriaaleille