Ein Forscherteam der RMIT University in Melbourne hat zweidimensionale Materialschichten aus flüssigem Metall hergestellt. Die Materialien wurden noch nie zuvor in der Natur beobachtet und sind nicht dicker als ein paar Atome.
School of Engineering Professor Kourosh Kalantar-zadeh und Dr. Torben Daeneke leiten die Forschung. Dies ist der Höhepunkt ihrer 18-monatigen Arbeit an dem Projekt. Die Studie mit dem Titel „Eine flüssige Metallreaktionsumgebung für die Raumtemperatursynthesevon atomar dünnen Metalloxiden“, erschienen in Wissenschaft Journal diesen Monat.
Um die Ergebnisse zu erzielen, synthetisierten die Forscher die Materialien unter Verwendung einer ungiftigen Galliummetalllegierung. Daeneke erklärt das Konzept hinter dem Experiment:
„Wenn Sie mit einem Bleistift schreiben, hinterlässt der Graphit sehr dünne Flocken namens Graphen, die leicht extrahiert werden können, da es sich um natürlich vorkommende Schichtstrukturen handelt“, sagte Daeneke. „Aber was passiert, wenn diese Materialien nicht natürlich vorkommen?“
"Hier haben wir eine außergewöhnliche, aber sehr einfache Methode gefunden, um atomar dünne Flocken aus Materialien zu erzeugen, die in der Natur nicht als Schichtstrukturen existieren."
Zur Herstellung von Hafniumdioxid – einem Metalloxid, das häufig als elektrischer Isolator verwendet wird – wurde das pulverförmige Hafnium der Forscher in einer Galliumlegierung bei niedriger Temperatur aufgelöst.
Mit traditionellen Methoden – um Schichten mit einer Dicke von etwa 10 Atomen herzustellen – wird Metall in einer Niederdruckkammer verdampft und bildet danach Kondensation auf der Oberfläche. Außerdem ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich, und die erzeugten Schichten sind nicht glatt,laut Professor Kalantar-zadeh. Dieser Kondensationsprozess endet normalerweise mit "Inseln", die sich auf der Oberfläche bilden und sich dann zu der gewünschten Einzelschicht zusammenlagern.
Dieser Prozess verläuft nicht reibungslos, Kalantar-zadeherklärt: „Die Kanten, an denen die Inseln zusammentreffen, bilden Grenzen, an denen Elektronen [die durch das Metalloxid wandern] abprallen [und blockiert werden].“ Die neue Technik ermöglicht es den Elektronen, sich ungestört zu bewegen, was insgesamt eine höhere Effizienz bedeutetProzess und die Ergebnisse. Die Unterschiede sind sehr auffällig: Wissenschaftler haben ein Material geschaffen, das nur zwei oder drei Atome dick.
Ein Wandel in der Elektronik?
Ein weiterer interessanter Aspekt dieses Experiments ist, dass die Ergebnisse mit einfachen und relativ kostengünstigen Methoden erzielt wurden, was das Forscherteam überraschte. Das Team benötigte nicht einmal zusätzliche Spezialausrüstung – lediglich eine Herdplatte und eine kleine Liste mit Zutaten.
Die gute Nachricht ist auch, dass diese Methode sehr vielseitig ist.
„Wir glauben, dass die Technik auf ein Drittel des Periodensystems angewendet werden könnte“, äußerte sich Daeneke optimistisch.
Die unmittelbarsten Auswirkungen, die diese Forschung haben könnte, liegen im Bereich der Elektronik: Von Smartphones bis zu Transistorradios sind Metalloxide ein kritischer Bestandteil des Betriebs einer Reihe wichtiger elektronischer Geräte. Das bedeutet, je dünner die Metalloxidschicht istForscher schaffen können, desto energieeffizienter ist das elektronische Bauteil und desto schneller arbeitet es.Ergebnisse beweisen dass „der auf Flüssigmetall basierende Reaktionsweg verwendet werden kann, um 2D-Materialien herzustellen, die zuvor mit bereits existierenden Methoden nicht zugänglich waren.“
Dank der wichtigen Arbeit dieses Forscherteams sieht die Zukunft der Elektronik in der Tat sehr rosig aus. Dies wird sich auf die Art und Weise auswirken, wie der Weg der Forschung und Entwicklung für eine Reihe von Branchen vorgezeichnet wird.
Über: RMIT, Futurismus, Wissenschaft