Unire diversi tipi di materiali può portare a tutti i tipi di scoperte. È un'abilità essenziale che ha permesso agli umani di realizzare qualsiasi cosa, dai grattacieli (rinforzando il cemento con l'acciaio) alle celle solari (stratificando i materiali per accumulare elettroni).

Nell'elettronica, l'unione di diversi materiali produce eterogiunzioni - i componenti più fondamentali nelle celle solari, LED e chip per computer. Più liscia è la cucitura tra due materiali, più facilmente gli elettroni lo attraversano, che è essenziale per il buon funzionamento dei dispositivi elettronici. Ma sono fatti di cristalli - reticoli rigidi di atomi - e non amano essere schiacciati insieme.

In uno studio pubblicato l'8 marzo in Scienza , Gli scienziati della Cornell University e dell'Università di Chicago hanno rivelato una tecnica per "cucire" due pezzi di cristalli senza soluzione di continuità per creare tessuti atomicamente sottili.

Il team voleva farlo cucendo diversi tipi di tessuto, cristalli dello spessore di tre atomi. "Di solito questi vengono coltivati ​​in fasi in condizioni molto diverse; coltiva prima un materiale, fermare la crescita, cambiare la condizione, e ricominciare per far crescere un altro materiale, "ha detto Jiwoong Park, professore di chimica all'Università di Chicago, e un autore senior dello studio.

I materiali monostrato risultanti sono i più perfettamente allineati mai coltivati, secondo i ricercatori. La transizione più dolce significa che nei punti in cui i due reticoli si incontrano, un reticolo si allunga o cresce per incontrare l'altro, invece di lasciare buchi o altri difetti.

"Se pensi ai materiali come a due diversi tipi di tessuto, con due diversi conteggi di thread, dove ogni riga di atomi rappresenta un thread, quindi stiamo cercando di unirli filo a filo senza fili sciolti, " ha detto David A. Muller, Cornell professore di fisica applicata e ingegneristica e co-direttore del Kavli Institute presso Cornell per la scienza su nanoscala, e un autore senior dello studio. "Usando un nuovo tipo di rivelatore di elettroni, fondamentalmente un superveloce, fotocamera super-sensibile - siamo stati in grado di misurare l'allungamento dei materiali da dove si è unito su scala atomica a come l'intero foglio si è adattato insieme, e farlo con una precisione migliore di un terzo dell'uno percento della distanza tra gli atomi".

Le cuciture atomiche sono così strette, il microscopio ha rivelato il più grande dei due materiali increspature un po' intorno all'articolazione.

"La formazione di increspature in questi materiali 2-D tesi ci ha fornito un terreno fertile per esplorare come i modelli macroscopici per l'energia elastica possono essere combinati con teorie microscopiche per le forti interazioni di van der Waals sottostanti, " ha detto Robert A. DiStasio Jr., assistente professore presso il Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica di Cornell presso il College of Arts and Sciences, e uno degli autori senior del documento.

Hanno deciso di testarne le prestazioni in uno dei dispositivi elettronici più utilizzati:un diodo. Vengono uniti due tipi di materiale, e gli elettroni dovrebbero essere in grado di fluire in un modo attraverso il "tessuto, "ma non l'altro.

Il diodo si è acceso. "È stato emozionante vedere brillare questi LED dello spessore di tre atomi. Abbiamo riscontrato prestazioni eccellenti, le più note per questi tipi di materiali, "ha detto Saien Xie, uno studente laureato alla Cornell in ingegneria e primo autore del documento.

La scoperta apre alcuni spunti interessanti per l'elettronica. I dispositivi come i LED sono attualmente impilati in strati - 3-D contro 2-D - e di solito sono su una superficie rigida. Ma la nuova tecnica potrebbe consentire nuove configurazioni, come LED flessibili o circuiti 2-D spessi atomi che funzionano orizzontalmente e lateralmente.

Park ha notato che lo stiramento e la compressione hanno cambiato il colore dei cristalli a causa degli effetti della meccanica quantistica. Ciò suggerisce il potenziale per sensori di luce e LED che potrebbero essere sintonizzati su colori diversi, Per esempio, o tessuti sensibili alla tensione che cambiano colore quando vengono allungati.

"Questo è così sconosciuto che non conosciamo ancora tutte le possibilità che contiene, " ha detto Park. "Anche due anni fa sarebbe stato inimmaginabile."