Fenomenet som bildar störningsmönster på tv -skärmar när en kamera fokuserar på ett mönster som en person som bär ränder har inspirerat till ett nytt sätt att konceptualisera elektroniska enheter. Forskare vid University of Illinois visar hur atomversionen av detta fenomen kan hålla hemligheterna för att hjälpa elektronikdesign till gränserna för storlek och hastighet.

I deras nya studie, professor i mekanisk vetenskap och teknik Harley Johnson, hans medförfattare omarbetade en detalj som tidigare ses som en defekt i nanomaterialdesign till ett koncept som kan omforma hur ingenjörer designar elektronik. Laget, som också omfattar mekanisk vetenskap och ingenjörsexamen Brian McGuigan och franska medarbetare Pascal Pochet och Johann Coraux, publicerade sina fynd i tidskriften Tillämpat material idag .

På skärmar, moire -mönster uppstår när pixelationen är i nästan samma skala som ett fotograferat mönster, Johnson sa, eller när två tunna lager av ett material med periodisk struktur, som rena tyger och fönsterskärmar, placeras lite snett ovanpå varandra.

På makroskalan, moires är optiska fenomen som inte bildar konkreta föremål. Dock, när dessa mönster förekommer på atomnivå, arrangemang av elektroner låses på plats av atomkrafter för att bilda nanoskala trådar som kan överföra elektricitet, sa forskarna.

"Tvådimensionella material - tunna filmer som är konstruerade för att ha en atomtjocklek - skapar moiremönster när de staplas ovanpå varandra och är snedställda, sträckt, komprimerad eller vriden, "Johnson sa." Moiren växer fram när atomer bildar linjära områden med hög elektrontäthet. De resulterande linjerna skapar en väsentligen en extremt tunn tråd. "

I årtionden, fysiker observerade mikroskopbilder av atomarrangemang av tvådimensionella tunna filmer och kände igen dem som periodiska grupper med små defekter som kallas dislokationer, men Johnsons grupp är den första som noterar att dessa också är vanliga moiremönster.

"Ett moiremönster är helt enkelt en rad dislokationer, och en rad dislokationer är ett moiremönster - det går åt båda hållen, "Sa Johnson. Denna insikt öppnade dörren till vad Johnsons grupp kallar moire engineering - vad kan leda till ett nytt sätt att tillverka de minsta, lättaste och snabbaste elektroniken.

Genom att manipulera orienteringen av staplade lager av 2-D tunna filmer som grafen, trådar med en atom-tjocklek kan monteras, bygga grunden för att skriva nanokretsar. En tråd med enkel atomtjocklek är gränsen för tunnhet. Ju tunnare tråden, de snabbare elektronerna kan resa, vilket betyder att denna teknik har potential att producera de snabbaste sändande ledningarna och kretsarna, sa forskarna.

"Det finns alltid frågan om hur man ansluter till en krets som är så liten, "Johnson sa." Det finns fortfarande mycket arbete att göra för att hitta sätt att sy ihop 2-D-material på ett sätt som kan producera en enhet. "

Sålänge, Johnsons grupp fokuserar på typer av enheter som kan tillverkas med hjälp av moire engineering.

"Att kunna konstruera själva moiremönstret är en väg till nya lätta och mindre påträngande enheter som kan ha tillämpningar inom den biomedicinska och rymdindustrin, "sade han." Möjligheterna begränsas endast av ingenjörernas fantasi. "