Forskare har bekräftat förekomsten av en naturligt förekommande exotisk egenskap där ett material blir tjockare när det sträcks - motsatsen till de flesta material - en upptäckt som kan leda till nya studier av den grundläggande vetenskapen om nanomaterials beteende.

Det kontraintuitiva fenomenet, kallas auxetiskt beteende, har studerats omfattande i konstruerade strukturer som har potentiella tillämpningar inom medicin, vävnadsteknik, kroppsrustning och "förstärkt pansarförstärkning".

Dock, tills nu har beteendet inte bekräftats i naturmaterial, sa Peide Ye, Purdue Universitys Richard J. och Mary Jo Schwartz professor i elektro- och datateknik.

Det auxetiska beteendet upptäcktes i ett material som kallas svart fosfor.

Fenomenet styrs av en grundläggande mekanisk egenskap hos material som kallas Poissons förhållande, som kännetecknar hur ett material beter sig när det sträcks. De flesta material när de sträcks blir tunnare och när de komprimeras blir de tjockare, och de sägs ha en positiv Poisson-kvot.

"Ett negativt Poissons förhållande är teoretiskt möjligt men har hittills inte gjort det, med få undantag av konstgjorda strukturer, experimentellt observerats i något naturligt material, "Sa du. "Här, vi visar att det negativa Poisson-förhållandet finns i naturmaterialet svart fosfor."

Resultaten beskrivs i ett forskningsdokument som publicerades den 23 september i tidskriften Nanobokstäver .

"Tills nu, det har saknats experimentella bevis sedan mätningen av intern deformation i auxetiska material, särskilt på atomnivå, är extremt svårt, " sa du.

Forskare använde en teknik som kallas Raman-spektroskopi för att dokumentera det negativa Poisson-förhållandet i extremt tunna, enskilda lager av svart fosfor som kallas fosforen. Forskningen var baserad på Birck Nanotechnology Center i Purdues Discovery Park.

Uppsatsen Nano Letters skrevs av doktoranden Yuchen Du; tidigare postdoktoral forskarassistent Jesse Maassen; doktorander Wangran Wu och Zhe Luo; Xianfan Xu, James J. och Carol L. Shuttleworth professor i maskinteknik och professor i elektro- och datorteknik; och Ye. Du genomförde de flesta experimenten. Maassen utförde det teoretiska arbetet som var avgörande för forskningen. Han är nu biträdande professor i fysik vid Dalhousie University i Nova Scotia, Kanada.

Forskarna fokuserade på materialets unikt rynkiga kristallstruktur där atomer är ordnade i ett vågmönster. Som kisel, materialet har ett bandgap, en egenskap som är väsentlig för en halvledares förmåga att slå på och av i elektroniska kretsar. Materialet har också en relativt hög "bärarrörlighet, " vilket betyder att den är mycket ledande och kan vara användbar för tekniska tillämpningar.

Framtida forskning kommer att omfatta arbete med att undersöka om det negativa Poisson-förhållandet finns i andra så kallade "tvådimensionella" material, inklusive extremt tunna lager av grafit som kallas grafen.