(Phys.org) — Ricercatori presso l'Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy e l'Università del Tennessee, Knoxville ha aperto la strada a una nuova tecnica per formare un bidimensionale, foglio di un singolo atomo di due materiali diversi con un confine senza soluzione di continuità.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Scienza , potrebbe consentire l'uso di nuovi tipi di materiali ibridi 2-D nelle applicazioni tecnologiche e nella ricerca fondamentale.

Ripensando a un metodo tradizionale di coltivazione dei materiali, i ricercatori hanno combinato due composti, grafene e nitruro di boro, in un singolo strato dello spessore di un solo atomo. Grafene, costituito da atomi di carbonio disposti in forma esagonale, anelli a nido d'ape, ha attirato ondate di attenzione a causa della sua elevata resistenza e proprietà elettroniche.

"La gente chiama il grafene un materiale meraviglioso che potrebbe rivoluzionare il panorama della nanotecnologia e dell'elettronica, " An-Ping Li di ORNL ha detto. "In effetti, il grafene ha un grande potenziale, ma ha dei limiti. Per utilizzare il grafene in applicazioni o dispositivi, dobbiamo integrare il grafene con altri materiali".

Un metodo per combinare materiali diversi in eterostrutture è l'epitassia, in cui un materiale è cresciuto sopra un altro in modo tale che entrambi abbiano la stessa struttura cristallina. Per far crescere i materiali 2-D, il team di ricerca di ORNL-UT ha diretto il processo di crescita orizzontalmente anziché verticalmente.

I ricercatori hanno prima coltivato il grafene su un foglio di rame, inciso il grafene per creare bordi netti, e poi è cresciuto nitruro di boro attraverso la deposizione chimica da vapore. Invece di conformarsi alla struttura dello strato di base di rame come nell'epitassia convenzionale, gli atomi di nitruro di boro hanno assunto la cristallografia del grafene.

"Il pezzo di grafene ha agito come seme per la crescita epitassiale nello spazio bidimensionale, in modo che la cristallografia del nitruro di boro sia determinata unicamente dal grafene, " Ha detto Gong Gu di UT.

Non solo la tecnica del team ha combinato i due materiali, ha anche prodotto un confine atomicamente netto, un'interfaccia unidimensionale, tra i due materiali. La capacità di controllare attentamente questa interfaccia, o "eterogiunzione, " è importante da una prospettiva applicata e fondamentale, dice Gu.

"Se vogliamo sfruttare il grafene in un'applicazione, dobbiamo utilizzare le proprietà dell'interfaccia, poiché come disse una volta il premio Nobel Herbert Kroemer "l'interfaccia è il dispositivo, '", ha detto Li. "Creando questo pulito, coerente, interfaccia 1-D, la nostra tecnica ci offre l'opportunità di fabbricare dispositivi a base di grafene per applicazioni reali".

La nuova tecnica consente inoltre ai ricercatori di studiare sperimentalmente per la prima volta l'intrigante confine tra grafene e nitruro di boro.

"Esiste un vasto corpus di letteratura teorica che prevede meravigliose proprietà fisiche di questo peculiare confine, in assenza di qualsiasi convalida sperimentale finora, " disse Li, che guida uno sforzo ORNL per studiare le relazioni struttura-trasporto a livello atomico utilizzando l'esclusivo impianto di microscopia tunnel a scansione a quattro sonde del laboratorio. "Ora abbiamo una piattaforma per esplorare queste proprietà".

Il team di ricerca prevede che il suo metodo possa essere applicato ad altre combinazioni di materiali 2-D, assumendo che le diverse strutture cristalline siano abbastanza simili da combaciare tra loro.