Forskere har fundet ny klasse af 2D-materialer
Et samarbejde mellem DTU’s forskergruppe inden for 2D-materialer og et stort eksperimentelt center på National University of Singapore har gjort det muligt at frembringe en helt ny gruppe af 2D-materialer.
Et 2D-materiale er et materiale, der består af et enkelt eller nogle få lag af atomer og repræsenterer dermed det ultimativt tyndeste materiale, man kan forestille sig.
Som noget nyt er det lykkedes forskerne at indskyde atomer mellem to eller flere lag af stablede 2D-materialer. Forskerne har endda kunnet styre præcis, hvor mange atomer, der skulle indskydes og dermed eksempelvis gøre et 2D-materiale med indskudte metalatomer mere eller mindre magnetisk.
- Vi har lidt i sjov benævnt den nye klasse af materialer for 2,5 D, da den placerer sig mellem de traditionelle 2D- og 3D-materialer. Et indskudt lag af atomer i 2D-materialerne åbner således helt nye muligheder for at designe materialer med ekstraordinære egenskaber, som vi ikke før har været i stand til, siger Anders Christian Riis-Jensen, DTU Fysik, der er ansvarlig for beregningerne bag det nye fund.
Verdensførende i kvantemekaniske beregninger
DTU Fysik har gennem de sidste 10 år specialiseret sig i at udføre store kvantemekaniske computerberegninger af egenskaberne i de mange tusind 2D-materialer, der i øjeblikket kendes. Det har placeret forskergruppen blandt verdens førende på dette område.
- Vi har i forbindelse med fundet af den nye klasse 2D-materialer gennemført en screening af omkring 100 forskellige 2D-materialer for at identificere, hvilke der var mest egnede som stabile værter for indsættelse af enkeltatomer, siger Anders Christian Riis-Jensen.
Beregningerne dannede udgangspunkt for arbejdet i den eksperimentelle gruppe på National University of Singapore, der i deres laboratorium kan fremstille 2D-materialerne.
Her har forskerne designet 30-40 forskellige 2D-materialer med indskudte atomer. Langt de fleste var materialer, som DTU’s beregninger viste ville være stabile og i stand til at fæstne atomer.
Design af nye materialer fortsætter
Resultaterne er netop blevet publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature. Her beskrives, hvordan både beregninger og eksperimenter med at indskyde atomer er gennemført for nogle af de mest velkendte 2D-materialer, nemlig de såkaldte TMD’ere, (Transition Metal Dichalcogenide).
Netop anvendelsen af disse nemt tilgængelige materialer giver forskningsgrupper over hele verden mulighed for at fortsætte arbejdet.
- Vi vil på DTU også arbejde videre med den nye dimension, det giver at kunne fæstne et enkelt atom mellem lagene i 2D-materialer. Samarbejdet med National University of Singapore kan forhåbentlig også videreføres, da vores kompetencer supplerer hinanden godt, siger professor Kristian Thygesen, der leder DTU’s forskningsgruppe.
Grundet 2D materialernes størrelse og egenskaber er der allerede nu interesse for at anvende dem i eksempelvis ultrakompakt elektronik og optiske komponenter. En interesse, der kun vil øges, hvis det fremover bliver muligt at styre materialernes magnetiske og elektroniske egenskaber ved at stable dem og indskyde atomer mellem lagene.
