På det sätt som saker ofta händer inom vetenskapen, Amey Apte letade inte efter tvådimensionell tellur när hon experimenterade med material vid Rice University. Men där var det.

"Det är som att jag försökte hitta en slant och istället hittade en dollar, " han sa.

Apte och hans kollegor gjorde tellur, en sällsynt metall, till en film som är mindre än en nanometer (en miljarddels meter) tjock genom att smälta ett pulver av grundämnet vid hög temperatur och blåsa atomerna på en yta. Han sa att det resulterande materialet, tellurene, visar löfte för nästa generation, nära-infraröda solceller och andra optoelektroniska applikationer som är beroende av manipulation av ljus.

Den smala jackpotten beskrivs i 2D Materials.

"Jag försökte odla en övergångsmetalldikalkogenid, volfram ditellurid, men eftersom volfram har en hög smältpunkt var det svårt, sade Apte, en doktorand i Rice-labbet av materialforskaren Pulickel Ajayan och medförfattare till uppsatsen. "Men jag såg några andra filmer som fångade mitt intresse."

De andra filmerna visade sig vara ultratunna kristaller av rent tellur. Ytterligare experiment ledde till att forskarna skapade det nya materialet i två former:En stor, konsekvent film på cirka 6 nanometer tjock som täckte en kvadratcentimeter yta, och en film med tre atomer som var mindre än en nanometer tjock.

"Dikalkogenider av övergångsmetaller är på modet nu för tiden, men det är alla sammansatta 2D-material, "Ajayan sa. "Detta material är ett enda element och visar lika mycket strukturell rikedom och variation som en förening, så 2D tellur är intressant ur både teoretisk och experimentell synvinkel. Kalkogenlager med ett element av atomär tunnhet skulle vara intressant men har inte studerats mycket."

Bilder tagna med Rices kraftfulla elektronmikroskop visade att atomskikten hade ordnat sig exakt som teorin förutspådde, som grafenliknande hexagonala ark något förskjutna i förhållande till varandra. The tellurene, tillverkad i 650 grader Celsius (1, 202-graders Fahrenheit) ugn genom att smälta bulk tellurpulver, verkade också vara försiktigt böjda på ett sätt som subtilt ändrar förhållandet mellan atomerna på varje lager.

"På grund av det, vi ser olika polytyper, vilket innebär att materialets kristallstruktur förblir densamma men atomarrangemanget kan skilja sig beroende på hur lagren staplas, " sa Apte. "I det här fallet, de tre polytyperna vi ser under mikroskopet matchar teoretiskt förutsagda strukturer och har helt olika gitterarrangemang som ger varje fas olika egenskaper."

"Anisotropin i planet betyder också att egenskaperna hos optisk absorption, transmission eller elektrisk ledningsförmåga kommer att vara olika i de två huvudsakliga riktningarna, " sa Rice doktorand och medförfattare Elizabeth Bianco. "Till exempel, telluren kan visa elektrisk ledning upp till tre storleksordningar högre än molybdendisulfid, och det skulle vara användbart inom optoelektronik."

Tjockare tellurfilmer gjordes också under vakuum vid rumstemperatur via pulsad laseravsättning, som sprängde atomer från bulk och tillät dem att bilda en stabil film på en magnesiumoxidyta.

Telluren kan ha topologiska egenskaper med potentiella fördelar för spintronik och magnetoelektronik. "Telluratomer är mycket tyngre än kol, " sa Apte. "De visar ett fenomen som kallas spin-omloppskoppling, som är mycket svag i ljusare element, och möjliggör mycket mer exotisk fysik som topologiska faser och kvanteffekter."

"Det fascinerande med telluren som skiljer det från andra 2D-material är dess unika kristallina struktur och höga smälttemperatur, " sa medförfattaren Ajit Roy, materialforskare vid Air Force Research Laboratory vid Wright-Patterson Air Force Base i Dayton, Ohio. "Det gör det möjligt för oss att utöka prestandaomfånget för optoelektronik, termoelektriska och andra tunnfilmsenheter."