Koncentriska hexagoner av grafen odlade i en ugn vid Rice University representerar första gången någon har syntetiserat grafen nanoband på metall från botten och upp - atom för atom.

Som sett under ett mikroskop, lagren förde tankarna till lök, sa riskemist James Tour, tills en kollega föreslog att platt grafen aldrig skulle kunna vara som en lök.

"Så jag sa, 'OK, det här är lökringar, "" skämtade Tour.

Namnet fastnade, och de anmärkningsvärda ringar som kemister förundrade var till och med möjliga beskrivs i en ny tidning i Journal of the American Chemical Society .

Utmaningen var att ta reda på hur en sådan sak kunde växa, sa Tour. Vanligtvis, grafen som odlas i en varm ugn genom kemisk ångavsättning börjar på ett frö - en dammfläck eller en bula på en koppar- eller annan metallyta. En kolatom låser sig på fröet i en process som kallas kärnbildning och andra följer efter för att bilda det välbekanta kycklingnätet.

Experiment i Tours labb för att se hur grafen växer under högt tryck och i en väterik miljö gav de första ringarna. Under dessa förhållanden, Turné, Den risteoretiske fysikern Boris Yakobson och deras team fann att hela kanten av ett snabbt växande ark av grafen blir en kärnbildningsplats när den hydreras. Kanten låter kolatomer komma in under grafenhuden, där de startar ett nytt ark.

Men eftersom den översta grafenen växer så snabbt, det stoppar så småningom flödet av kolatomer till det nya arket under. Botten slutar växa, lämnar en grafenring. Sedan upprepas processen.

"Mekanismen förlitar sig på det översta lagret för att hindra kol från att nå botten så lätt, "Sa Tour. "Vad vi får är en multipel av enkristaller som växer ovanpå varandra."

Tour-labbet var pionjär inom bulktillverkningen av enatomtjocka grafennanorband 2009 med upptäckten att kolnanorör kemiskt kunde "låsas upp" till långa, tunna ark. Nanoband studeras för användning i batterier och avancerad elektronik och som kylflänsar.

"Vanligtvis gör man ett band genom att ta en stor sak och klippa ner den, Tour sa. "Men om du kan odla ett band nerifrån och upp, du kan ha kontroll över kanterna." Atomkonfigurationen vid kanten hjälper till att bestämma grafens elektriska egenskaper. Kanterna på hexagonala grafenlökringar är sicksackar, som gör ringarna metalliska.

"Den stora nyheten här, " han sa, "är att vi kan förändra det relativa trycket från tillväxtmiljön av väte kontra kol och få helt nya strukturer. Detta skiljer sig dramatiskt från vanlig grafen."

Doktorand Zheng Yan, en medlem av Tours labb och huvudförfattare till tidningen, upptäckte den nya vägen till nanoband samtidigt som de experimenterade med grafentillväxt under vätetryck i varierande grad. Den söta platsen för ringar var på 500 Torr, han sa.

Ytterligare tester fann att de mikroskopiska ringarna bildades under och inte ovanpå arket, och Yakobsons labb bekräftade tillväxtmekanismen genom första principberäkningar. Yan bestämde också att det översta arket av grafen kunde tas bort med argonplasma, lämnar fristående ringar.

Bredden på ringarna, som sträckte sig från 10 till 450 nanometer, påverkar också deras elektroniska egenskaper, så att hitta ett sätt att kontrollera det kommer att vara ett fokus för fortsatt forskning, sa Tour. "Om vi ​​konsekvent kan göra 10-nanometer band, vi kan börja gate dem och förvandla dem till lågspänningstransistorer, " sa han. De kan också vara lämpliga för litiumlagring för avancerade litiumjonbatterier, han sa.