När vi tänker på kopplingarna till framtiden – den globala övergången till sol- och vindenergi, taktil virtuell verklighet eller syntetiska neuroner – det finns ingen brist på stora idéer. Det är materialen för att genomföra de stora idéerna – förmågan att tillverka litiumjonbatterier, optoelektronik och vätebränsleceller – som står mellan koncept och verklighet.

Ange tvådimensionella material, det senaste steget i innovation. Består av ett enda lager av atomer, tvådimensionella material som grafen och fosforen uppvisar nya egenskaper med långtgående potential. Med en förmåga att kombineras som legoklossar, dessa material erbjuder kopplingar till framtida produkter, inklusive nya sätt att förmedla både makt och människor, med effektivare energiöverföring, och sol- och vinddrivna fordon på vägar och i luften.

En studie ledd av forskare från University of Georgia tillkännager framgångsrik användning av en ny nanobildteknik som gör det möjligt för forskare att testa och identifiera dessa material på ett heltäckande sätt i nanoskala för första gången. Nu, det finns ett sätt att experimentera med nya material för våra stora idéer på ett riktigt, riktigt liten skala.

"Fundamental vetenskap - småskalig elektrisk ledningsförmåga, ljusemission, strukturella förändringar - sker på nanoskala, sa Johannes Abate, Susan Dasher och Charles Dasher MD professor i fysik vid Franklin College of Arts and Sciences och huvudförfattare på den nya uppsatsen. "Det här nya verktyget låter oss visualisera allt detta kombinerat med oöverträffad specificitet och upplösning."

"Eftersom vi inte kan se atomer med traditionella metoder, vi behövde uppfinna nya verktyg för att visualisera dem, " sa han. Den hyperspektrala avbildningstekniken gör det möjligt för forskare att inspektera elektriska egenskaper, optiska egenskaper, och de mekaniska egenskaperna på den fundamentala längdskalan, samtidigt.

Den hyperspektrala avbildningsforskningen stöds av anslag från United States Air Force och National Science Foundation. Forskarna skapade ett enatoms tjockt ark av två typer av halvledare som sys ihop, liknar att sätta ihop ett atomärt Lego, med egenskaper som inte finns i traditionella tjocka material. Med enatomtjocka kristaller, varje atom är bokstavligen exponerad på ytan, kombinerar atomära egenskaper som resulterar i nya egenskaper.

"I hjärtat av materialvetenskap är behovet av att förstå grundläggande egenskaper hos nya material, annars är det omöjligt att dra nytta av deras unika egenskaper, "Denna teknik sätter oss ett steg närmare att kunna använda dessa material för ett antal potentiella tillämpningar."

Dessa inkluderar olika former av elektronik eller ljusemitterande systemapplikationer. Hur man verifierar effekten av mycket små förändringar i atomär sammansättning, ledningsförmåga och ljusrespons hos enatomtjocka material samtidigt har varit utmaningen fram till nu, sa Abate.

Nobelprisvinnande fysikern Richard Feynman, som föreställde sig nanoteknik redan på 1960-talet, förutspådde att när forskare blev i stånd att välja och ersätta vissa typer av atomer, de skulle kunna tillverka praktiskt taget vilket material som helst.

"Mer än ett halvt sekel senare, vi är inte där än, men var vi är, vi kan visualisera dem, och i den skalan finns det nya problem som kan uppstå och vi måste förstå dessa egenskaper som en del av att förstå de storskaliga materialegenskaperna, innan vi kan använda dem, " sa Abate.

Uppsatsen publiceras i tidskriften ACS Nano .