Skriver in Natur , ett stort internationellt team ledde Dr Roman Gorbatjov från University of Manchester visar att, när grafen placeras ovanpå isolerande bornitrid, eller "vit grafen", de elektroniska egenskaperna hos grafen förändras dramatiskt och avslöjar ett mönster som liknar en fjäril.

Mönstret hänvisas till som den svårfångade Hofstadter-fjärilen som har varit känd i teorin i många decennier men aldrig tidigare observerats i experiment.

Att kombinera grafen med andra material i strukturer med flera lager kan leda till nya tillämpningar som ännu inte utforskats av vetenskapen eller industrin.

Grafen är världens tunnaste, starkaste och mest ledande materialet, och lovar ett stort utbud av olika tillämpningar; från smartphones och ultrasnabbt bredband till läkemedelsleverans och datorchips. Den demonstrerades första gången vid University of Manchester 2004.

Inledande försök med konsumentprodukter som involverar grafenbaserade pekskärmar och batterier för mobiltelefoner och kompositmaterial för sportartiklar genomförs av stora multinationella företag.

En av de mest anmärkningsvärda egenskaperna hos grafen är dess höga ledningsförmåga – tusentals gånger högre än koppar. Detta beror på ett mycket speciellt mönster skapat av elektroner som bär elektricitet i grafen. Bärarna kallas Dirac-fermioner och efterliknar masslösa relativistiska partiklar som kallas neutrinos, studier som vanligtvis kräver enorma anläggningar som vid CERN. Möjligheten att ta itu med liknande fysik i ett skrivbordsexperiment är en av de mest kända egenskaperna hos grafen.

Nu har Manchester-forskarna hittat ett sätt att skapa flera kloner av Dirac-fermioner. Grafen placeras ovanpå bornitrid så att grafens elektroner kan "känna" enskilda bor- och kväveatomer. Att röra sig längs denna atomära "tvättbräda", elektroner ordnar om sig själva igen och producerar flera kopior av de ursprungliga Dirac-fermionerna.

Forskarna kan skapa ännu fler kloner genom att applicera ett magnetfält. Klonerna producerar ett intrikat mönster; Hofstadter-fjärilen. Det förutspåddes först av matematikern Douglas Hofstadter 1976 och, trots många hängivna experimentella ansträngningar, inte mer än en suddig glimt rapporterades tidigare.

Förutom det beskrivna grundläggande intresset, Manchester-studien visar att det är möjligt att modifiera egenskaperna hos atomärt tunna material genom att placera dem ovanpå varandra. Detta kan vara användbart, till exempel, för grafentillämpningar som ultrasnabba fotodetektorer och transistorer, ger ett sätt att finjustera dess otroliga egenskaper.

Professor Andre Geim, Nobelpristagare och medförfattare till tidningen, sa:"Självklart, det är trevligt att fånga den vackra "fjärilen" som gäckande plågade fysiker i generationer.

"Mer viktigt, Detta arbete visar att vi nu kan bygga upp en i princip ny typ av material genom att stapla individuella atomplan i en önskad sekvens."

Dr Gorbatjov tillade:"Vi förberedde en uppsättning olika atomärt tunna material som liknar grafen och staplade dem sedan ovanpå varandra, ett atomplan i taget. Sådana konstgjorda kristaller skulle ha varit science fiction för några år sedan. Nu är de verklighet i vårt labb. En dag kanske du hittar dessa strukturer i dina prylar."

Professor Geim tillade:"Detta är ett viktigt steg bortom 'enkel grafen'. Vi bygger nu grunden för ett nytt forskningsområde som verkar rikare och ännu viktigare än grafen i sig."