Den här bilden av en "snigel" av flytande metall och dess tydliga atomtjocka "spår" visar genombrottet i aktion. När den är upplöst i en flytande metallkärna, vissa metaller lämnar efter sig detta klara lager av sin oxid, som inte är tjockare än några atomer och kan skalas bort genom att röra eller rulla. Kredit:RMIT University
Forskare från RMIT University i Melbourne, Australien, har använt flytande metall för att skapa tvådimensionella material som inte är tjockare än några få atomer som aldrig tidigare har setts i naturen.
Det otroliga genombrottet kommer inte bara att revolutionera sättet vi gör kemi på utan skulle kunna användas för att förbättra datalagring och göra snabbare elektronik. Upptäckten "en gång på ett decennium" har publicerats i Vetenskap .
Forskarna löser upp metaller i flytande metall för att skapa mycket tunna oxidlager, som tidigare inte funnits som skiktade strukturer och som lätt skalas bort.
När den väl har extraherats, dessa oxidskikt kan användas som transistorkomponenter i modern elektronik. Ju tunnare oxidskikt, desto snabbare är elektroniken. Tunnare oxidlager gör också att elektroniken behöver mindre ström. Bland annat, oxidlager används för att göra pekskärmarna på smarta telefoner.
Forskningen leds av professor Kourosh Kalantar-zadeh och Dr Torben Daeneke från RMITs School of Engineering, som med elever har experimenterat med metoden de senaste 18 månaderna.
"När du skriver med en penna, grafiten lämnar mycket tunna flingor som kallas grafen, som lätt kan extraheras eftersom de är naturligt förekommande skiktade strukturer, " sa Daeneke. "Men vad händer om dessa material inte finns naturligt?
"Här hittade vi en extraordinär, ändå mycket enkel metod för att skapa atomärt tunna flingor av material som inte naturligt existerar som skiktade strukturer.
"Vi använder giftfria legeringar av gallium (en metall som liknar aluminium) som reaktionsmedium för att täcka ytan av den flytande metallen med atomärt tunna oxidskikt av den tillsatta metallen snarare än den naturligt förekommande galliumoxiden.
"Detta oxidskikt kan sedan exfolieras genom att helt enkelt röra den flytande metallen med en slät yta. Större mängder av dessa atomärt tunna skikt kan produceras genom att injicera luft i den flytande metallen, i en process som liknar att skumma mjölk när man gör en cappuccino."
Det är en process så billig och enkel att den skulle kunna göras på en köksspis av en icke-forskare.
"Jag skulle kunna ge dessa instruktioner till min mamma, och hon skulle kunna göra detta hemma, sa Daeneke.
Metalldroppar lämnar inget tunt lager av oxidhud på ytan, om denna oxid hud är löst i en alkalisk bas eller syra. Kredit:RMIT University
Professor Kourosh Kalantar-zadeh sa att upptäckten nu placerar tidigare osynliga tunna oxidmaterial i vardagen, med djupgående konsekvenser för framtida teknologier.
"Vi förutspår att den utvecklade tekniken gäller ungefär en tredjedel av det periodiska systemet. Många av dessa atomärt tunna oxider är halvledande eller dielektriska material.
"Halvledande och dielektriska komponenter är grunden för dagens elektroniska och optiska enheter. Att arbeta med atomärt tunna komponenter förväntas leda till bättre, mer energieffektiv elektronik. Denna tekniska förmåga har aldrig varit tillgänglig förut."
Genombrottet kan också tillämpas på katalys, grunden för den moderna kemiska industrin, omforma hur vi gör alla kemiska produkter inklusive mediciner, konstgödsel och plast.
