En atypisk tvådimensionell smörgås har den välsmakande delen på utsidan för forskare och ingenjörer som utvecklar multifunktionella nanoenheter.

Ett atomtunt lager av halvledarantimon parat med ferroelektrisk indiumselenid skulle uppvisa unika egenskaper beroende på sidan och polarisering av ett externt elektriskt fält.

Fältet skulle kunna användas för att stabilisera indiumselenids polarisering, en länge eftersökt egenskap som tenderar att förstöras av inre fält i material som perovskiter men som skulle vara mycket användbar för solenergitillämpningar.

Beräkningar av rismaterialteoretikern Boris Yakobson, huvudförfattare och forskare Jun-Jie Zhang och doktorand Dongyang Zhu visar att växling av materialets polarisation med ett externt elektriskt fält gör det antingen till en enkel isolator med ett bandgap som är lämpligt för synligt ljusabsorption eller en topologisk isolator, ett material som bara leder elektroner längs sin yta.

Att vända fältet inåt skulle göra materialet bra för solpaneler. Att vända den utåt kan göra den användbar som en spintronisk enhet för kvantberäkning.

Labbets studie visas i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver .

"Förmågan att växla efter behag materialets elektroniska bandstruktur är en mycket attraktiv ratt, " Yakobson sa. "Den starka kopplingen mellan ferroelektriskt tillstånd och topologisk ordning kan hjälpa:den applicerade spänningen växlar topologin genom den ferroelektriska polarisationen, som fungerar som mellanhand. Detta ger ett nytt paradigm för enhetskonstruktion och kontroll."

Svagt bunden av van der Waals styrka, skikten ändrar sin fysiska konfiguration när de utsätts för ett elektriskt fält. Det ändrar föreningens bandgap, och förändringen är inte trivial, sa Zhang.

"De centrala selenatomerna skiftar tillsammans med växlande ferroelektrisk polarisation, "Denna typ av byte av indiumselenid har observerats i de senaste experimenten."

Till skillnad från andra strukturer som föreslagits och i slutändan gjorts av experimentalister - bor buckyballs är ett bra exempel - kan växlingsmaterialet vara relativt enkelt att göra, enligt forskarna.

"I motsats till typiska fasta ämnen, Enkel exfoliering av van der Waals-kristaller längs det låga ytenergiplanet tillåter realistiskt att de sätts ihop till heterobillager, öppnar nya möjligheter som den vi upptäckte här, " sa Zhang.