Sivuttainen liitostapa 2D hybridimateriaaleille

Oak Ridge National Laboratoryn ja Tennesseen yliopiston (UT) tutkijat ovat edelläkävijöitä muodostamaan kaksiulotteinen yhden atomin paksuinen arkki kahdesta saumattomasti toisiinsa liittyvästä materiaalista.

Heidän Science-lehdessä julkaistu tutkimus voisi mahdollistaa uudentyyppisten kaksiulotteisten hybridimateriaalien teknisten sovelluksien käytön ja perustutkimuksen.

Vaikka grafeenilla on monia hyviä ominaisuuksia, esimerkiksi elektroniikan monipuolisemmat sovellukset vaativat sen yhdistämistä muiden materiaalien kanssa.

Yksi tapa yhdistää erilaiset aineet heterorakenteiksi on epitaksia, jossa materiaali kasvatetaan toisen päälle siten, että molemmilla on sama kiderakenne. Nyt tutkijat suuntasivatkin kasvuprosessin tapahtumaan sivusuunnassa.

Tutkijat kasvattivat ensin grafeenia kuparifoliolle niin, että sille syntyi puhtaat reunat ja sitten kasvattivat alustalle boorinitridiä. Sen sijaan, että se olisi ottanut kuparikerroksen mukaisen rakenteen kuten tavanomaisessa epitaksiassa, boorinitridin atomit saivatkin grafeenin kidemuodon.

"Sirunen grafeenia toimi siemenenä epitaksiaalikasvatukselle kahdessa ulottuvuudessa, niin että boorinitridin kristallografia määräytyi yksinomaan grafeenista," toteaa UT:n Gong Gu.

Uusi tekniikka ei ainoastaan yhdistänyt kahta materiaalia, vaan tuotti myös atomisesti terävän rajan, yksiulotteisen rajapinnan, näiden kahden materiaalin välille. Kyky hallita tätä rajapintaa eli heteroliitosta, on tärkeä sovellusten ja perusteiden näkökulmasta, toteaa Gu aiheen tiedotteessa.

Uusi menetelmä mahdollistaa tutkijoiden myös kokeellisesti tutkia tieteellisesti mielenkiintoista grafeenin ja boorinitridin rajaa ensimmäisen kerran.

Tutkijaryhmä ennakoi, että sitä voidaan soveltaa myös muihin yhdistelmiin 2D-aineita, olettaen että kiteiset rakenteet ovat riittävän samankaltaisia vastaamaan toisiaan.