Fördelarna med grafen, ett 2D-ark av kolatomer, är väl etablerade. I dess spår har följt en mängd post-grafenmaterial - strukturella analoger av grafen gjorda av element som kisel eller germanium.

Nu, ett internationellt forskarlag ledd av Nagoya University (Japan) som involverar Aix-Marseille University (Frankrike), Max Planck-institutet i Hamburg (Tyskland) och universitetet i Baskien (Spanien) har avslöjat det första verkligt plana provet av stanen-enkla ark av tennatomer (Sn). Planar stanene är hett tippad som en extraordinär elektrisk ledare för högteknologi.

Precis som grafen skiljer sig från vanlig grafit, så beter sig stanen mycket annorlunda än ödmjukt tenn i bulkform. På grund av relativt starka spin-omloppsinteraktioner för elektroner i tunga grundämnen, enkellagerstenn förutspås vara en "topologisk isolator, " även känd som en quantum spin Hall (QSH) isolator. Material i denna anmärkningsvärda klass är elektriskt isolerande i sina interiörer, men har mycket ledande ytor/kanter. Detta, i teorin, gör en enkelskiktad topologisk isolator till ett idealiskt ledningsmaterial för nanoelektronik. Dessutom, de starkt ledande kanalerna vid kanterna av dessa material kan bära speciella kirala strömmar med spinn låsta med transportriktningar, vilket gör dem idealiska för spintronikapplikationer.

I tidigare studier, där stanen odlades på substrat av vismuttellurid eller antimon, tennskikten visade sig vara mycket böjda och relativt inhomogena. Nagoya-teamet valde istället silver (Ag) som värd – närmare bestämt, Ag(111) kristallfacetten, vars gitterkonstant är något högre än den för fristående stanen, vilket leder till bildandet av ett tillplattat tennmonoskikt i ett stort område, ett steg närmare skalbara industriella applikationer.

Individuella tennatomer avsattes långsamt på silver i en process som kallas epitaxiell tillväxt. Avgörande, stanenskiktet bildades inte direkt ovanpå silverytan. Istället, som visas av spektroskopi på kärnnivå, det första steget var bildandet av en ytlegering (Ag ₂ Sn) mellan de två arterna. Sedan, en annan omgång av tennavsättning gav ett lager av ren, högkristallin stanen ovanpå legeringen. Tunnelmikroskopi visar slående bilder av ett bikakegitter av tennatomer, illustrerar den hexagonala strukturen av stanen.

Legeringen garanterade tennskiktets planhet, vilket bekräftas av densitetsfunktionella teoriberäkningar. Junji Yuhara, huvudförfattare till en artikel av teamet publicerad i 2D-material , säger, "Stanene följer den kristallina periodiciteten hos Ag ₂ Sn ytlegering. Därför, istället för att knäcka som det skulle göra isolerat, stanenskiktet planar ut - till priset av en lätt påfrestning - för att maximera kontakten med legeringen under."
.
Denna ömsesidiga stabilisering mellan stanen och värd håller inte bara stanenskikten oklanderligt platta, men låter dem växa till imponerande storlekar på cirka 5, 000 kvadrat nanometer.

Planar stanene har spännande framtidsutsikter inom elektronik och datoranvändning. "QSH-effekten är ganska känslig, och de flesta topologiska isolatorer visar det bara vid låga temperaturer, " enligt projektgruppsledare Guy Le Lay vid Aix-Marseille University. "Men, stanen förutspås anta ett QSH-tillstånd även vid rumstemperatur och högre, speciellt när de är funktionaliserade med andra element. I framtiden, vi hoppas få se stanene samarbeta med silicen i datorkretsar. Den kombinationen kan drastiskt påskynda beräkningseffektiviteten, även jämfört med den nuvarande banbrytande tekniken."