Tvådimensionella material som kan multitaska.

Det är resultatet av en ny process som naturligt producerar mönstrade monolager som kan fungera som bas för att skapa ett brett utbud av nya material med dubbla optiska, magnetisk, katalytiska eller avkännande egenskaper.

"Mönstrade material öppnar upp möjligheten att ha två funktioner i ett enda material, som att katalysera en kemisk reaktion samtidigt som den fungerar som en sensor för en andra uppsättning molekyler, sa Sokrates Pantelides, William och Nancy McMinn professor i fysik vid Vanderbilt University, som koordinerade forskningen med professor Hong-Jun Gao vid Institutet för fysik vid den kinesiska vetenskapsakademin i Peking. "Självklart, du kan göra en sådan sak genom att använda två material sida vid sida, men mönstrade material erbjuder en hel rad nya alternativ för enhetsdesigners."

Deras prestation beskrivs i en artikel med titeln "Intrinsically patterned two-dimensional materials for selective adsorption of molecules and nanoclusters" publicerad 12 juni i tidskriften Naturmaterial .

Inom elektronik, tvådimensionella (2D) material är ett hett ämne på grund av deras många potentiella tillämpningar. grafen, som består av ett enda ark av kolatomer, har fått mest uppmärksamhet, men det har visat sig mycket svårt att justera dess kemiska och elektriska egenskaper. Som ett resultat, kalkogenider (material som innehåller svavel, selen eller tellur, som är kända för sin mångsidiga optiska, elektriska och termiska egenskaper) är nu i fokus för världsomspännande forskning eftersom vissa av dem naturligt bildar monolager som kan fungera som blanka plattor som lätt kan skräddarsys för specifika tillämpningar.

Nu, Pantelides och hans medarbetare har visat att monolager bildade av två kalkogenider (platina-selen och koppar-selen) naturligt kombineras med nanoskala precision till alternerande trianglar med olika faser:metallisk och halvledare. Eftersom varje fas har olika elektriska och kemiska egenskaper, två olika typer av molekyler kan binda till dess yta, så att den kan utföra två funktioner samtidigt.

"I allmänhet, 2D-material "funktionaliseras" för specifika tillämpningar genom att adsorbera olika arter av atomer eller molekyler på dem eller genom att bädda in föroreningar i deras annars perfekta kristallina struktur på samma sätt som halvledare som kisel funktionaliseras genom dopning med föroreningar, som möjliggör tillverkning av elektroniska enheter, som "chips" som driver datorer, " Pantelides förklarade. "Vårt nya papper utökar sfären av 2D-material med ett viktigt steg. Det visar ett sätt att tillverka 2D-material som gör att de två faserna av materialet kan funktionaliseras oberoende av varandra."

Experimenten utfördes i Gaos laboratorium i Peking och teoretiska beräkningar utfördes vid Vanderbilt, U.S. Department of Energys National Energy Research Scientific Computing Center och University of the Chinese Academy of Sciences.