Plastique, verre et gels, également connu sous le nom de matériaux amorphes en vrac, sont des objets du quotidien pour nous tous. Mais pour les chercheurs, ces matériaux ont longtemps été des énigmes scientifiques, en particulier en ce qui concerne leur composition atomique, qui n'a pas la structure ordonnée stricte des cristaux trouvés dans la plupart des solides tels que les métaux, diamants et sels.

Bien que généralement considéré par la communauté scientifique comme des réseaux aléatoires continus d'atomes, une longue date, Une question fondamentale existait :les matériaux amorphes sont-ils vraiment des réseaux aléatoires continus ou contiennent-ils des nanocristallites intégrés ?

Maintenant, nous avons enfin des réponses - grâce à une nouvelle étude détaillant les premières expériences réussies en croissance, imagerie à résolution atomique, et étudier les propriétés du carbone amorphe bidimensionnel. L'article paraît aujourd'hui dans La nature et est publié par une équipe internationale de chercheurs, dont Socrate Pantelides, Professeur émérite de physique et d'ingénierie à l'Université Vanderbilt.

"Pour la première fois, grâce à la découverte de ce matériau monocouche, nous sommes en mesure de confirmer la composition d'une structure amorphe comme un réseau aléatoire contenant des nanocristallites, apportant des preuves solides à un côté du débat primordial, " dit Pantelides. " Mais cet ouvrage n'apporte pas seulement des réponses; Il présente un physique, matériau de carbone bidimensionnel, distinct du graphène loué, avec des applications potentiellement prometteuses dans notre futur."

Futures applications de dispositifs du matériau, selon Pantelides, pourrait inclure des barrières anticorrosion pour les disques durs magnétiques des futurs ordinateurs et pour les électrodes collectrices de courant dans les batteries.

Les questions concernant la composition des matériaux amorphes ont persisté pendant des années en raison de problèmes technologiques de longue date pour les chercheurs, qui incluait des limitations de la microscopie à petite échelle qui empêchaient les physiciens d'imager avec précision des matériaux amorphes tridimensionnels à l'échelle atomique. Et tandis que les chercheurs ont pu imager avec précision des monocouches amorphes, ces monocouches étaient jusqu'à présent fabriquées en utilisant des faisceaux d'électrons à haute énergie pour perturber les monocouches cristallines.

La toute première monocouche stable de carbone amorphe, cultivé par une équipe dirigée par Barbaros Özyilmaz de l'Université nationale de Singapour et imagé par le groupe de Kazu Suenaga à Tsukuba science city, Japon, fait de ces questions des problèmes du passé.

Un physicien théoricien, Le professeur Pantelides a travaillé à distance avec les équipes de Singapour et de Tokyo pour intégrer des données expérimentales, fondements théoriques, et les résultats des calculs. Ancien étudiant diplômé de Pantelides, Junhao Lin, un post-doctorant dans le groupe Suenaga, effectué la microscopie à clé. Le boursier postdoctoral Vanderbilt, Yun-Peng Wang, a construit un modèle approprié et effectué des calculs.

La méthode de croissance, qui utilise un substrat froid, et utilise un laser pour fournir de l'énergie de manière contrôlée, produit des films monocouches reproductibles et conduit à de nouvelles connaissances des arrangements atomiques et électriques, propriétés mécaniques et optiques.

Grâce au développement et aux découvertes réussis de l'équipe, l'approche reproductible ouvre la porte à la recherche sur la croissance d'autres matériaux bidimensionnels amorphes.