Rice University-forskare har modellerat en smörgås i nanoskala, den första i vad de hoppas ska bli en molekylär delikatessbutik för materialforskare.

Deras recept lägger två skivor atomtjock grafen runt nanokluster av magnesiumoxid som ger den superstarka, ledande material utökade optoelektroniska egenskaper.

Rismaterialforskaren Rouzbeh Shahsavari och hans kollegor byggde datorsimuleringar av föreningen och fann att den skulle erbjuda funktioner lämpliga för känslig molekylär avkänning, katalys och bioavbildning. Deras arbete kan hjälpa forskare att designa en rad anpassningsbara hybrider av två- och tredimensionella strukturer med inkapslade molekyler, sa Shahsavari.

Forskningen visas denna månad i tidskriften Royal Society of Chemistry Nanoskala .

Forskarna inspirerades av experiment på andra håll där olika molekyler inkapslades med hjälp av van der Waals krafter för att dra samman komponenter. Den Rice-ledda studien var den första som tog ett teoretiskt tillvägagångssätt för att definiera de elektroniska och optiska egenskaperna hos ett av dessa "gjorda" prover, tvådimensionell magnesiumoxid i tvåskiktsgrafen, sa Shahsavari.

"Vi visste om det redan var ett experiment utfört, vi skulle ha en bra referenspunkt som skulle göra det lättare att verifiera våra beräkningar, vilket möjliggör en mer tillförlitlig expansion av våra beräkningsresultat för att identifiera prestandatrender utanför räckhåll för experiment, sa Shahsavari.

Grafen i sig har inget bandgap - egenskapen som gör ett material till en halvledare. Men hybriden gör det, och det här bandgapet kan vara avstämbart, beroende på komponenterna, sa Shahsavari. De förbättrade optiska egenskaperna är också inställbara och användbara, han sa.

"Vi såg att medan denna enda flinga av magnesiumoxid absorberade en typ av ljusemission, när det var fångat mellan två lager av grafen, den absorberade ett brett spektrum. Det kan vara en viktig mekanism för sensorer, " han sa.

Shahsavari sa att hans grupps teori borde kunna tillämpas på andra tvådimensionella material, som hexagonal bornitrid, och molekylära fyllningar. "Det finns inget enskilt material som kan lösa alla tekniska problem i världen, " sa han. "Det handlar alltid om att göra hybridmaterial för att synergisera de bästa egenskaperna hos flera komponenter för att göra ett specifikt jobb. Min grupp arbetar med dessa hybridmaterial genom att justera deras komponenter och strukturer för att möta nya utmaningar."