(Phys.org) —Forskare vid Department of Energy:s Oak Ridge National Laboratory och University of Tennessee, Knoxville har banat väg för en ny teknik för att bilda en tvådimensionell, enatomsark av två olika material med en sömlös gräns.

Studien, publiceras i tidskriften Vetenskap , skulle kunna möjliggöra användningen av nya typer av 2-D hybridmaterial i tekniska tillämpningar och grundforskning.

Genom att tänka om en traditionell metod för odlingsmaterial, forskarna kombinerade två föreningar - grafen och bornitrid - till ett enda lager som bara var en atom tjockt. grafen, som består av kolatomer ordnade i hexagonal, bikakeliknande ringar, har väckt uppmärksamhet på grund av dess höga hållfasthet och elektroniska egenskaper.

"Folk kallar grafen för ett undermaterial som kan revolutionera landskapet av nanoteknik och elektronik, "ORNL:s An-Ping Li sa." Faktiskt, grafen har mycket potential, men det har gränser. För att använda grafen i applikationer eller enheter, vi måste integrera grafen med andra material."

En metod för att kombinera olika material till heterostrukturer är epitaxi, där ett material odlas ovanpå ett annat så att båda har samma kristallina struktur. För att odla 2D-material, forskargruppen ORNL-UT styrde tillväxtprocessen horisontellt istället för vertikalt.

Forskarna odlade först grafen på en kopparfolie, etsat grafenet för att skapa rena kanter, och odlade sedan bornitrid genom kemisk ångavsättning. Istället för att anpassa sig till strukturen av kopparbasskiktet som i konventionell epitaxi, bornitrid-atomerna tog på sig kristallografin av grafen.

"Grafenbiten fungerade som ett frö för den epitaxiella tillväxten i tvådimensionella rymden, så att kristallografin för bornitrid enbart bestäms av grafen, " UT:s Gong Gu sa.

Teamets teknik kombinerade inte bara de två materialen, det gav också en atomiskt skarp gräns, ett endimensionellt gränssnitt, mellan de två materialen. Möjligheten att noggrant styra detta gränssnitt, eller "heterojunction, "är viktigt ur ett tillämpat och grundläggande perspektiv, säger Gu.

"Om vi ​​vill utnyttja grafen i en applikation, vi måste använda gränssnittsegenskaperna, eftersom som Nobelpristagaren Herbert Kroemer en gång sa "gränssnittet är enheten, '"Sa Li." Genom att skapa det här rent, sammanhängande, 1-D-gränssnitt, vår teknik ger oss möjligheten att tillverka grafenbaserade enheter för riktiga applikationer."

Den nya tekniken tillåter också forskare att experimentellt undersöka den vetenskapligt spännande grafen-bornitridgränsen för första gången.

"Det finns en enorm mängd teoretisk litteratur som förutspår underbara fysiska egenskaper hos denna märkliga gräns, i avsaknad av experimentell validering hittills, sa Li, som leder en ORNL-insats för att studera struktur-transportrelationer på atomnivå med hjälp av laboratoriets unika fyrsondskanningstunnelmikroskopi. "Nu har vi en plattform för att utforska dessa fastigheter."

Forskargruppen räknar med att dess metod kan tillämpas på andra kombinationer av 2D-material, förutsatt att de olika kristallina strukturerna är tillräckligt lika för att matcha varandra.