Plast, glas och geler, även känd som bulk amorfa material, är vardagsobjekt för oss alla. Men för forskare, dessa material har länge varit vetenskapliga gåtor - särskilt när det gäller deras atomära sammansättning, som saknar den strikt ordnade strukturen av kristaller som finns i de flesta fasta ämnen som metaller, diamanter och salter.

Även om det allmänt tros av det vetenskapliga samfundet vara kontinuerliga slumpmässiga nätverk av atomer, en långvarig, grundläggande fråga fanns:Är amorfa material verkligen kontinuerliga slumpmässiga nätverk eller har de nanokristalliter inbäddade i dem?

Nu, vi har äntligen svar - tack vare en ny studie som beskriver de första framgångsrika experimenten som växer, avbildning med atomupplösning, och undersöker egenskaperna hos tvådimensionellt amorft kol. Tidningen visas idag i Natur och publiceras av ett internationellt team av forskare, inklusive Sokrates Pantelides, Universitetsutmärkad professor i fysik och teknik vid Vanderbilt University.

"För första gången, tack vare upptäckten av detta enskiktsmaterial, vi kan bekräfta sammansättningen av en amorf struktur som ett slumpmässigt nätverk som innehåller nanokristalliter, låna starka bevis till ena sidan av urdebatten, "sade Pantelides." Men detta arbete ger inte bara svar; Det presenterar en fysisk, tvådimensionellt kolmaterial, skiljer sig från den hyllade grafen, med potentiellt lovande applikationer långt in i vår framtid. "

Framtida enhetsapplikationer av materialet, enligt Pantelides, kan inkludera korrosionsskydd för magnetiska hårddiskar i framtida datorer och för strömkollektorelektroder i batterier.

Frågorna om amorf materialkomposition kvarstod i flera år på grund av långvariga tekniska problem för forskare, som inkluderade begränsningar i småskalig mikroskopi som hindrade fysiker från att exakt avbilda tredimensionella amorfa material i atomskala. Och medan forskare exakt kunde avbilda amorfa monoskikt, sådana monoskikt tillverkades fram till nu genom att använda högenergi-elektronstrålar för att störa kristallina monoskikt.

Det första någonsin stabila monoskiktet av amorft kol, odlas av ett team som leds av Barbaros Özyilmaz från National University of Singapore och avbildas av gruppen Kazu Suenaga i Tsukuba science city, Japan, gör dessa frågor till problem från det förflutna.

En teoretisk fysiker, Professor Pantelides arbetade på distans med teamen i Singapore och Tokyo för att integrera experimentella data, grundläggande teori, och resultat av beräkningar. En tidigare doktorand vid Pantelides, Junhao Lin, en postdoktor i Suenaga-gruppen, utförde nyckelmikroskopin. Vanderbilt postdoktor Yun-Peng Wang konstruerade en lämplig modell och utförde beräkningar.

Tillväxtmetoden, som använder ett kallt underlag, och använder en laser för att tillhandahålla energi på ett kontrollerat sätt, ger reproducerbara enskiktsfilmer och ledde till nyvunnen kunskap om atomarrangemang och elektriska, mekaniska och optiska egenskaper.

Tack vare teamets framgångsrika utveckling och resultat, det reproducerbara tillvägagångssättet öppnar dörren för forskning om tillväxt av andra amorfa tvådimensionella material.