Att gå med olika material kan leda till alla slags genombrott. Det är en viktig färdighet som gjorde det möjligt för människor att göra allt från skyskrapor (genom att förstärka betong med stål) till solceller (genom att lägga material till flockelektroner).

Inom elektronik, sammanfogning av olika material ger heterojunctions - de mest grundläggande komponenterna i solceller, Lysdioder och datorchips. Ju smidigare sömmen mellan två material, ju lättare elektroner flyter över den, vilket är viktigt för hur väl elektroniska enheter fungerar. Men de består av kristaller - stela gitter av atomer - och de tar inte vänligt till att mosas ihop.

I en studie publicerad 8 mars i Vetenskap , Forskare vid Cornell University och University of Chicago avslöjade en teknik för att "sy" två fläckar kristaller sömlöst tillsammans för att skapa atomiskt tunna tyger.

Teamet ville göra detta genom att sy olika tygliknande, tre atomtjocka kristaller. "Vanligtvis odlas dessa i etapper under mycket olika förhållanden; odla ett material först, stoppa tillväxten, ändra villkor, och börja om igen för att odla ett annat material, "sa Jiwoong Park, professor i kemi vid University of Chicago, och en författare på studien.

De resulterande enkellagsmaterialen är det mest perfekt anpassade någonsin, enligt forskarna. Den mildare övergången innebär att vid de punkter där de två gitterna möts, det ena gallret sträcker sig eller växer för att möta det andra - istället för att lämna hål eller andra defekter.

"Om du tänker på materialen som två olika tygtyper, med två olika trådtal, där varje rad med atomer representerar en tråd, då försöker vi förena dem tråd-till-tråd utan lösa trådar, "sa David A. Muller, Cornell professor i tillämpad och teknisk fysik och meddirektör för Kavli Institute vid Cornell for Nanoscale Science, och en författare på studien. "Använda en ny typ av elektrondetektor - i grunden en supersnabb, supersensitiv kamera - vi kunde mäta materialets töjning från var den gick i atomskala till hur hela arket passade ihop, och gör det med en precision som är bättre än en tredjedel av en procent av avståndet mellan atomer. "

Atomsömmarna är så täta, Mikroskopet avslöjade den större av de två materialpuckarna lite runt fogen.

"Bildandet av krusningar i dessa ansträngda 2-D-material gav oss grogrund för att utforska hur makroskopiska modeller för den elastiska energin kan kombineras med mikroskopiska teorier för de starka underliggande van der Waals-interaktionerna, "sade Robert A. DiStasio Jr., biträdande professor vid Cornells institution för kemi och kemisk biologi vid College of Arts and Sciences, och en av tidningens högre författare.

De bestämde sig för att testa dess prestanda i en av de mest använda elektroniska enheterna:en diod. Två typer av material är sammanfogade, och elektroner ska kunna flyta en väg genom tyget, "men inte den andra.

Dioden tändes. "Det var spännande att se dessa tre atomtjocka lysdioder lysa. Vi såg utmärkta prestanda-det mest kända för dessa typer av material, sa Saien Xie, en Cornell doktorand i teknik och första författare på pappret.

Upptäckten öppnar upp några intressanta idéer för elektronik. Enheter som lysdioder staplas för närvarande i lager - 3 -D kontra 2 -D - och är vanligtvis på en stel yta. Men den nya tekniken kan tillåta nya konfigurationer, som flexibla lysdioder eller atomtjocka 2-D-kretsar som fungerar horisontellt och i sidled.

Park noterade att sträckningen och komprimeringen förändrade kristallernas färg på grund av de kvantmekaniska effekterna. Detta antyder potential för ljussensorer och lysdioder som kan ställas in på olika färger, till exempel, eller tygkänsliga tyger som ändrar färg när de sträcks.

"Det här är så okänt att vi inte ens känner till alla möjligheter det har ännu, "Sa Park." Även för två år sedan hade det varit ofattbart. "