Nanoforskare vid Northwestern University har utvecklat en ritning för att tillverka nya heterostrukturer från olika typer av 2D-material. 2-D-material är enskilda atomskikt som kan staplas ihop som "nano-låsande byggstenar". Materialforskare och fysiker är glada över egenskaperna hos 2-D-material och deras möjliga tillämpningar. Forskarna beskriver sin ritning i Journal of Applied Physics .

"Vi har skisserat en enkel, deterministiskt och lätt utplacerbart sätt att stapla och sy dessa individuella lager i ordningar som inte syns i naturen, "sa Jeffrey Cain, en författare på tidningen som tidigare var vid Northwestern University men nu är vid Lawrence Berkeley National Laboratory och University of California.

Kain förklarade att för nanoforskare, "drömmen" är att kombinera 2D-material i valfri ordning och sammanställa ett bibliotek av dessa heterostrukturer med deras dokumenterade egenskaper. Forskare kan sedan välja lämpliga heterostrukturer från biblioteket för sina önskade tillämpningar. Till exempel, datorindustrin försöker göra transistorer mindre och snabbare för att öka datorkraften. En halvledare i nanoskala med gynnsamma elektroniska egenskaper skulle kunna användas för att tillverka transistorer i nästa generations datorer.

Än så länge, nanoforskare har saknat tydliga metoder för att tillverka heterostrukturer, och har ännu inte kunnat utveckla detta bibliotek. I det här arbetet, forskarna försökte lösa dessa tillverkningsproblem. Efter att ha identifierat trender i litteraturen, de testade olika förhållanden för att kartlägga de olika parametrarna som krävs för att odla specifika heterostrukturer från fyra typer av 2D-material:molybdendisulfid och diselenid, och volframdisulfid och diselenid. För att helt karakterisera de atomärt tunna slutprodukterna, forskarna använde mikroskopi och spektrometritekniker.

Gruppen inspirerades av vetenskapen om tids-temperatur-transformationsdiagram i klassiska material, som kartlägger värme- och kylprofiler för att generera exakta metalliska mikrostrukturer. Baserat på denna metod, forskarna förpackade sina fynd i en schematisk teknik-Time-Temperature-Architecture Diagram.

"Folk hade tidigare skrivit artiklar för specifika morfologier, men vi har förenat det hela och möjliggjort genereringen av dessa morfologier med en teknik, " sa Kain.

De enhetliga tids-temperatur-arkitekturdiagrammen ger anvisningar för de exakta förhållanden som krävs för att generera många heterostrukturerade morfologier och kompositioner. Med hjälp av dessa diagram, forskarna utvecklade ett unikt bibliotek av nanostrukturer med fysikaliska egenskaper av intresse för fysiker och materialvetare. Northwestern University forskare undersöker nu beteenden som visas av vissa material i deras bibliotek, som elektronflödet över de sammanfogade korsningarna mellan material.

Forskarna hoppas att deras ritningsdesign kommer att vara användbar för heterostrukturtillverkning utöver de fyra första materialen. "Våra specifika diagram skulle behöva revideras i samband med varje nytt material, men vi tror att denna idé är tillämplig och kan utvidgas till andra materialsystem, " sa Kain.