Atomer binder samman genom att dela elektroner. Hur detta sker beror på atomtyperna men också på förhållanden som temperatur och tryck. I tvådimensionella (2D) material, som grafen, förenas atomer längs ett plan för att bilda strukturer som bara är en atomtjock, vilket leder till fascinerande egenskaper som bestäms av kvantmekaniken. Forskare vid universitetet i Wien har i samarbete med universiteten i Tübingen, Antwerpen och CY Cergy Paris, tillsammans med Danubia NanoTech, tagit fram ett nytt 2D-material tillverkat av koppar- och jodatomer inklämda mellan två grafenark. Resultaten publicerades i tidskriften Advanced Materials .

Designen av nya material möjliggör antingen förbättrad effektivitet av kända applikationer eller helt nya applikationer som var utom räckhåll med de tidigare befintliga materialen. Tiotusentals konventionella material som metaller och deras legeringar har faktiskt identifierats under de senaste hundra åren. Ett liknande antal möjliga 2D-material har förutspåtts existera, men än så länge har bara en bråkdel av dem producerats i experiment. En anledning till detta är instabiliteten hos många av dessa material under laboratorieförhållanden.

I den senaste studien syntetiserade forskarna 2D kopparjodid som stabiliserades i en grafensmörgås, som det första exemplet på ett material som annars inte existerar under normala laboratorieförhållanden. Syntesen utnyttjar det stora mellanskiktet mellan oxiderade grafenflerlager, vilket gör att jod- och kopparatomer kan diffundera in i gapet och odla det nya materialet. Grafenskikten här har en viktig roll att lägga ett högt tryck på det inklämda materialet som därmed stabiliseras. Den resulterande sandwichstrukturen visas i illustrationen.

"Som så ofta, när vi först såg det nya materialet i våra mikroskopibilder, var det en överraskning", säger Kimmo Mustonen, huvudförfattaren till studien. "Det tog oss ganska lång tid att ta reda på exakt vad strukturen var. Detta gjorde det möjligt för oss att tillsammans med Danubia NanoTech-företaget, som leds av Viera Skákalová, utforma en kemisk process för att producera den i stor skala", fortsätter han. Att förstå strukturen var en gemensam ansträngning av forskare från universiteten i Wien, Tübingen, Antwerpen och CY Cergy Paris. "Vi var tvungna att använda flera elektronmikroskopitekniker för att säkerställa att vi verkligen såg ett monolager av koppar och jod och för att extrahera de exakta atompositionerna i 3D, inklusive de senaste metoderna vi nyligen har utvecklat", tillägger den andre huvudförfattaren Christoph Hofer .

Efter 2D-kopparjodiden har forskarna redan utökat syntesmetoden för att producera andra nya 2D-material. "Metoden verkar vara verkligt universell och ger tillgång till dussintals nya 2D-material. Det är verkligen spännande tider", avslutar Kimmo Mustonen. + Utforska vidare

Skräddarsydd i atomskala av grafen närmar sig den makroskopiska världen