Forskare runt om i världen letar efter nya syntetiska material med speciella egenskaper som supraledning – det vill säga ledning av elektrisk ström utan motstånd. Dessa nya ämnen är ett viktigt steg i utvecklingen av mycket energieffektiv elektronik. Utgångsmaterialet är ofta en enskiktsbikakestruktur av kolatomer (grafen).

Teoretiska beräkningar förutspår att föreningen känd som kagomegrafen borde ha helt andra egenskaper än grafen. Kagomegrafen består av ett regelbundet mönster av hexagoner och liksidiga trianglar som omger varandra. Namnet kagome kommer från den gamla japanska konsten att väva kagome, där korgar vävs i samma mönster.

Kagome-galler med nya egenskaper

Forskare från institutionen för fysik och det schweiziska nanovetenskapsinstitutet vid universitetet i Basel, arbetar i samarbete med universitetet i Bern, har nu producerat och studerat kagomegrafen för första gången, som de rapporterar i journalen Angewandte Chemie . Forskarnas mätningar har gett lovande resultat som pekar på ovanliga elektriska eller magnetiska egenskaper.

För att producera kagome-grafen, teamet applicerade en prekursor på ett silversubstrat genom ångavsättning och värmde det sedan för att bilda en organometallisk mellanprodukt på metallytan. Ytterligare uppvärmning producerade kagomegrafen, som uteslutande består av kol- och kväveatomer och har samma regelbundna mönster av hexagoner och trianglar.

Starka interaktioner mellan elektroner

"Vi använde scanning tunneling och atomic force mikroskop för att studera de strukturella och elektroniska egenskaperna hos kagome gittret, " rapporterar Dr. Rémy Pawlak, första författare till studien. Med mikroskop av detta slag, forskare kan undersöka de strukturella och elektriska egenskaperna hos material med en liten spets - i det här fallet, spetsen avslutades med individuella kolmonoxidmolekyler.

Genom att göra så, forskarna observerade att elektroner med en definierad energi, som väljs genom att applicera en elektrisk spänning, är "fångade" mellan trianglarna som förekommer i kristallgittret av kagomegrafen. Detta beteende skiljer tydligt materialet från konventionell grafen, där elektroner är fördelade över olika energitillstånd i gittret - med andra ord, de är delokaliserade.

"Lokaliseringen som observeras i kagome grafen är önskvärd och exakt vad vi letade efter, " förklarar professor Ernst Meyer, som leder gruppen där projekten genomfördes. "Det orsakar starka interaktioner mellan elektronerna - och, i tur och ordning, dessa interaktioner utgör grunden för ovanliga fenomen, såsom ledning utan motstånd."

Ytterligare undersökningar planeras

Analyserna avslöjade också att kagomegrafen har halvledande egenskaper - med andra ord, dess ledningsegenskaper kan slås på eller av, som med en transistor. På det här sättet, kagome grafen skiljer sig markant från grafen, vars konduktivitet inte kan slås på och av lika lätt.

I efterföljande utredningar, teamet kommer att ta bort kagome-gallret från dess metalliska substrat och studera dess elektroniska egenskaper ytterligare. "Den platta bandstrukturen som identifierades i experimenten stöder de teoretiska beräkningarna, som förutspår att spännande elektroniska och magnetiska fenomen kan uppstå i kagomegitter. I framtiden, kagome grafen skulle kunna fungera som en viktig byggsten i hållbara och effektiva elektroniska komponenter, säger Ernst Meyer.