Materialforskare kan nu blanda samman skiktade föreningar, ungefär som att kombinera två olika kortlekar. Tekniken, nyligen upptäckt av ett team av forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory, leder till utveckling av nya material med ovanliga elektrontransportegenskaper som har potentiella tillämpningar i nästa generations kvantteknologier.

Den upptäckta tekniken har visat på en annan oväntad och lovande tillämpning i design av nya material. "Omblandnings"-metoden kan generera termiskt stabila tredimensionella (3D) heterostrukturer från skiktade övergångsmetalldikalkogenider (TMDC). Dessa är van der Waals-material sammansatta av metallnanolager inklämda mellan två andra lager av kalkogener - svavel, selen, eller tellur. Liknar grafit, dessa föreningar kan exfolieras till 2D-lager, som uppvisar unika elektrontransportegenskaper och kvantfenomen.

"TMDC är mycket spännande för forskare som en möjlighet för tillämpningar inom förnybar energi, katalys och optoelektronik, för att bara nämna några, " sa projektledaren Viktor Balema, en senior vetenskapsman vid avdelningarna för materialvetenskap och teknik vid Ames Laboratory. "Vårt mål inom forskning har varit att utveckla sådana återmonteringsmetoder för dessa skiktade material, som inte bara är effektiva, men också skalbar och kostnadseffektiv i produktionen."

Forskare vid Ames Laboratory har lyckats övervinna en av de stora utmaningarna med att komponera dessa skiktade material - svårigheten att lägga ihop atomärt olika, opåverkad, material – genom användning av mekanokemi som underlättas av kulfräsning.

"Nu, vi har visat att vi mekaniskt kan designa nya skiktade heterostrukturer, kontrollera deras sammansättning och justera deras egenskaper, sade Ihor Hlova, en vetenskapsman vid avdelningarna för materialvetenskap och teknik vid Ames Laboratory. "Detta öppnar ett sätt för en mängd olika kombinationer - möjligheterna är i princip obegränsade."

Än så länge, detta tillvägagångssätt har visat sig fungera på flera mycket olika grupper av föreningar och fortsätter att överraska forskarna med nya upptäckter. Materialen som framställts med hjälp av teamets "lager-omblandningsteknik" har redan visat ett brett spektrum av elektrontransportegenskaper, allt från halvledningsförmåga till metallisk konduktivitet, beroende på vilka byggstenar som är involverade.

Forskningen diskuteras vidare i artikeln "Incommensurate transition-metal dichalcogenides via mekanokemisk omblandning av binära prekursorer, " publicerad i Framsteg i nanoskala .