Ungefär som en överkokt middag, nästa så kallade undermaterial för nästa generations elektronik har "fastnat" tills forskare vid UOW:s Institute for Superconducting and Electronic Materials (ISEM) kom med en banbrytande lösning.

Materialet är silicen, den tunnaste möjliga formen av kisel, består av ett tvådimensionellt lager av kiselkristaller.

Elektroner rör sig ultrasnabbt i silicen, minskar energin som krävs för att driva elektroniska enheter och banar väg för ännu mindre, flexibel, transparent och lågenergielektronik.

Tills nu, silicen har "odlats" på en metallyta, men forskare hade inget bevisat sätt att befria det från substratet för att skapa ett fristående material som sedan kunde införlivas i elektroniska enheter och komponenter.

ISEM-forskaren Dr Yi Du och hans team har använt syre för att separera ett enatoms tjockt lager av kisel från dess yta, att övervinna det viktigaste hindret som förhindrar produktionen av ett material med potential att överladda elektronik.

"Vi vet att silicenkristaller föredrar att fästa ordentligt på det metalliska substratet och eftersom de är för tunna för att skalas av med några mekaniska verktyg, det är omöjligt att ta bort dem från underlaget, " sa Dr Du.

Forskare har experimenterat med idén att använda "kemiska saxar" för att bryta bindningen mellan silicen och substratet och genombrottet för Dr Du och hans team kom genom att använda syremolekyler som kemiska saxar för att skära silicen från dess substrat.

Arbetet, med stöd av Australian Research Council (ARC), involverar flera speciella tekniker som endast kan utföras på ISEM med hjälp av dess kraftfulla verktyg, inklusive ett skannande tunnelmikroskop, vilket skapar en ultrahög vakuummiljö som är ungefär hundra gånger högre än den vakuumnivå som upplevs i omloppsbana vid den internationella rymdstationen.

"Eftersom vakuumnivåerna är så höga, vi kan injicera syremolekylerna i kammaren och de blir ett "molekylärt flöde" som följer en rak väg, "Dr Du sa. "Detta tillåter oss att rikta dessa molekyler exakt in i silicenskikten, fungerar som en sax för att separera silicenen."

Resultatet är ett lager av fristående silicen – med ett utseende ungefär som ett bikakegaller – som skulle kunna överföras till ett isolerande substrat för att göra avancerade transistorer.

Teorin för tvådimensionell silicen introducerades 1994 men det var inte förrän 2012 som forskare, inklusive ett team på UOW, framgångsrikt tillverkat silicen i labbet.

Silicene är en framväxande aktör i kategorin supermaterial, tillsammans med grafen, som är ett enatomtjockt lager av kol. Grafen har visat sig vara den snabbaste ledaren av elektricitet som hittills hittats, snabbare än vanligt kisel.

Grafen kan inte växlas mellan på och av konduktivitetstillstånd. Detta gör den olämplig för applikationer som transistorer.

Eftersom kisel och kol sitter sida vid sida i det periodiska systemet, forskare inspirerades att undersöka om kiselets atomära egenskaper kunde vara lika revolutionerande men lättare att utnyttja på grund av dess kompatibilitet med befintlig kiselbaserad elektronik.

"Detta arbete löser det långvariga problemet med att isolera detta supermaterial för vidare utveckling av enheter. Det utmanar hela den vetenskapliga litteraturen om silicen sedan upptäckten, " sa Dr Du.

"Dessa resultat är relevanta för den framtida designen och tillämpningen av silicenbaserade nanoelektroniska och spintroniska enheter."

Forskningen publicerades nyligen i tidskriften Vetenskapens framsteg och ACS Central Science och är resultatet av samarbete mellan australiensiska och kinesiska forskare inklusive professor Jijun Zhao, från Dalian University of Technology och Dr Jiaou Wang vid Beijing Synchrotron Radiation Facility (Chinese Academy of Sciences).