Forskare från University of Wollongong (UOW), arbeta med kollegor vid Kinas Beihang University, Nankai University, och Institute of Physics vid Chinese Academy of Sciences, har framgångsrikt skapat en atomskala, tvådimensionellt elektroniskt kagomegitter med potentiella tillämpningar inom elektronik och kvantberäkning.

Forskningsuppsatsen publiceras i novembernumret av Vetenskapens framsteg .

Ett kagomegitter är uppkallat efter ett traditionellt japanskt vävt bambumönster som består av sammanflätade trianglar och hexagoner.

Forskargruppen skapade kagome-gallret genom att skikta och vrida två nanoskivor av silicen. Silicene är en kiselbaserad, en atom tjock, Dirac fermionmaterial med en hexagonal bikakestruktur, vilka elektroner kan rusa över nära ljusets hastighet.

När silicen vrids in i ett kagomegitter, dock, elektroner blir "fångade", cirklar runt i gittrets sexkanter.

Dr Yi Du, som leder Scanning Tunneling Microscopy (STM)-gruppen vid UOW:s Institute for Superconducting and Electronic Materials (ISEM) och Beihang-UOW Joint Research Centre, är tidningens motsvarande författare.

Han sa att forskare länge har varit intresserade av att göra ett 2-D kagomegitter på grund av de användbara teoretiska elektroniska egenskaperna som en sådan struktur skulle ha.

"Teoretiker förutspådde för länge sedan att om du sätter elektroner i ett elektroniskt kagomegitter, destruktiva störningar skulle betyda elektronerna, istället för att strömma igenom skulle istället vända sig i en virvel och skulle bli låst i gallret. Det motsvarar att någon går vilse i en labyrint och aldrig kommer ut, " sa doktor Du.

"Det intressanta är att elektronerna kommer att vara fria först när gittret är brutet, när du skapar en kant. När en kant bildas, elektroner kommer att röra sig med den utan något elektriskt motstånd - det har mycket lågt motstånd, så mycket låg energi och elektroner kan röra sig mycket snabbt, med ljusets hastighet. Detta är av stor betydelse för att designa och utveckla apparater till låga energikostnader.

"Under tiden, med en stark så kallad spin-orbital kopplingseffekt, nya kvantfenomen, såsom friktionskvant Hall-effekt, förväntas ske vid rumstemperatur. Detta kommer att bana väg för kvantenheter i framtiden."

Medan de teoretiska egenskaperna hos ett elektroniskt kagomegitter gjorde det av stort intresse för forskare, att skapa ett sådant material har visat sig vara extremt utmanande.

"För att det ska fungera som förutspått, du måste se till att gittret är konstant, och att gittrets längder är jämförbara med elektronens våglängder, som utesluter mycket material, " sa doktor Du.

"Det måste vara en typ av material där elektronen bara kan röra sig på ytan. Och du måste hitta något som är ledande, och har också en mycket stark spin-orbital kopplingseffekt.

"Det finns inte många element i världen som har dessa egenskaper."

Ett element som gör det är silicen. Dr. Du och hans kollegor skapade sitt 2D elektroniska kagomegitter genom att vrida ihop två lager av silicen. Vid en rotationsvinkel på 21,8 grader bildade de ett kagomegitter.

Och när forskarna lägger elektroner i det, den betedde sig som förutspått.

"Vi observerade alla kvantfenomen som teoretiskt förutspåddes i vårt konstgjorda kagomegitter i silicen, " sa doktor Du.

De förväntade fördelarna med detta genombrott kommer att vara mycket mer energieffektiva elektroniska enheter och snabbare, kraftfullare datorer.