Att kombinera ett atomärt tunt grafen och ett bornitridskikt i en lätt roterad vinkel ändrar deras elektriska egenskaper. Fysiker vid universitetet i Basel har nu för första gången visat att kombinationen med ett tredje lager kan resultera i nya materialegenskaper även i en trelagers sandwich av kol och bornitrid. Detta ökar avsevärt antalet potentiella syntetiska material, rapporterar forskarna i den vetenskapliga tidskriften Nanobokstäver .

Förra året, forskare i USA väckte stor uppståndelse när de visade att om man roterar två staplade grafenlager med en "magisk" vinkel på 1,1 grader blir grafen supraledande – ett slående exempel på hur kombinationen av atomärt tunna material kan ge helt nya elektriska egenskaper.

Precisionsinriktning

Forskare från Swiss Nanoscience Institute och Institutionen för fysik vid universitetet i Basel har nu tagit detta koncept ett steg längre. De placerade ett lager av grafen mellan två bornitridlager, som ofta tjänar till att skydda den känsliga kolstrukturen. Gör så, de riktade in lagren mycket exakt med grafenens kristallgitter.

Effekten som observerats av fysikerna i professor Christian Schönenbergers team är allmänt känd som ett moirémönster:när två regelbundna mönster överlagras, ett nytt mönster resulterar med ett större periodiskt gitter.

Nytt trelagers supergaller

Lujun Wang, en medlem av SNI Ph.D. Skola och forskare i Schönenbergers team, observerade också effekter av denna typ av supergitter när han kombinerade lager av bornitrid och grafen. Atomerna är ordnade hexagonalt i alla lager. Om de staplas ovanpå varandra, större regelbundna mönster uppstår, med en storlek beroende på vinkeln mellan lagren.

Det hade redan visat sig att detta fungerar med en tvåskiktskombination av grafen och bornitrid, men effekterna på grund av ett andra bornitridskikt hade ännu inte hittats.

När fysikerna från Basel experimenterade med tre lager, två supergitter bildades mellan grafenet och det övre och det nedre bornitridskiktet, respektive. Överlagringen av alla tre lager skapade en ännu större överbyggnad än vad som är möjligt med endast ett lager.

Forskare är mycket intresserade av dessa typer av syntetiska material, eftersom de olika moirémönstren kan användas för att förändra eller på konstgjord väg producera nya elektroniska materialegenskaper.

"För att uttrycka sig enkelt, atommönstren bestämmer beteendet hos elektroner i ett material, och vi kombinerar olika naturligt förekommande mönster för att skapa nya syntetiska material, " förklarar Dr. Andreas Baumgartner, som ledde projektet. "Nu har vi upptäckt effekter i dessa skräddarsydda elektroniska enheter som är förenliga med en trelagers överbyggnad, " han lägger till.