Grafen och tillhörande en-atom-tjocka kristaller erbjuder möjligheten till ett stort antal nya material och enheter genom att stapla enskilda atomlager ovanpå varandra, ny forskning från University of Manchester visar.

I en rapport publicerad i Naturfysik , en grupp ledde Dr Leonid Ponomarenko och Nobelpristagaren professor Andre Geim har monterat enskilda atomlager ovanpå varandra i en önskad sekvens.

Teamet använde individuella enatomtjocka kristaller för att konstruera en flerskikts tårta som fungerar som en nanoskala elektrisk transformator.

Grafen, isolerade för första gången vid University of Manchester 2004, har potential att revolutionera olika applikationer från smartphones och ultrasnabbt bredband till läkemedelsleverans och datorchips.

Det har potential att ersätta befintligt material, som kisel, men Manchester -forskarna tror att det verkligen kan hitta sin plats med nya enheter och material som ännu inte uppfunnits.

I transformatorn i nanoskala, elektroner som rör sig i ett metallskikt drar elektroner i det andra metallskiktet med hjälp av sina lokala elektriska fält. För att följa denna princip, metallskikten måste isoleras elektriskt från varandra men separeras med högst några interatomiska avstånd, ett stort steg från befintliga nanotekniker.

Dessa nya strukturer kan bana väg för ett nytt sortiment av komplexa och detaljerade elektroniska och fotoniska enheter som inget annat befintligt material skulle kunna göra, som inkluderar olika nya arkitekturer för transistorer och detektorer.

Forskarna använde grafen som ett en-atom-tjockt ledande plan medan bara fyra atomlager av bornitrid fungerade som en elektrisk isolator.

Forskarna började med att extrahera enskilda atomplan från bulkgrafit och bornitrid genom att använda samma teknik som ledde till Nobelpriset för grafen, ett enda atomskikt kol. Sedan, de använde avancerad nanoteknik för att mekaniskt montera kristalliterna en efter en, i en Lego -stil, i en kristall med den önskade sekvensen av plan.

Nano-transformatorn monterades av Dr Roman Gorbatsjov, från University of Manchester, som beskrivit de färdigheter som krävs. Han sa:"Varje ryss och många i väst känner till The Tale of the Clockwork Steel Flea.

"Det kunde bara ses genom det mest kraftfulla mikroskopet men dansade fortfarande och hade till och med små hästskor. Vår atom-lego är kanske nästa steg i hantverk".

Professor Geim tillade:"Arbetet bevisar att komplexa enheter med olika funktioner kan konstrueras plan för plan med atomprecision.

"Det finns ett helt bibliotek med atom-tunna material. Genom att kombinera dem, det är möjligt att skapa huvudsakligen nya material som inte finns i naturen. Denna väg lovar att bli ännu mer spännande än grafen själv. "