Ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ-ΙΗΔΛ), το Πανεπιστήμιο του Kentucky των ΗΠΑ και την εταιρεία Daimler της Γερμανίας έδειξαν, με μια σειρά θεωρητικών υπολογισμών, τη δυνατότητα ύπαρξης μιας νέας κατηγορίας δισδιάστατων υλικών μεταξύ του γραφένιου και του συγγενούς Νιτρίδιου του Βορίου. Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Physical Review B (Rapid Communication).
Υλικά με πάχος όσο το μέγεθος ενός ατόμου μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικές βασικές ιδιότητες από αυτές των αντίστοιχων τρισδιάστατων υλικών.
Το πιο γνωστό παράδειγμα αυτής της σχετικά νέας κατηγορίας υλικών είναι το γραφένιο που καθιερώθηκε σαν ένα ελπιδοφόρο υλικό για το οποίο υπάρχει τεράστιο ερευνητικό ενδιαφέρον για πιθανές χρήσεις του σε διάφορες εφαρμογές όπως διαφανή ηλεκτρόδια, ηλεκτρονικά υπερ-ταχείας αντίδρασης κ.α.
Το γραφένιο κατατάσσεται ανάμεσα στα μέταλλα και τους ημιαγωγούς (ημιμέταλλο) με αποτέλεσμα, αν και επιτρέπει στα φορτία να κινούνται με ιδιαίτερη ευκολία κατά μήκος της επιφάνειας του, δεν εμφανίζει πολύ χαμηλή αντίσταση και άρα δεν μπορεί εύκολα να αντικαταστήσει τους μεταλλικούς αγωγούς.
Επιπλέον αν και προτάθηκε σαν μέσο αποθήκευσης υδρογόνου για νέου τύπου ενεργειακούς συσσωρευτές λόγω της πολύ μεγάλης επιφάνειας ανά μονάδα βάρους που διαθέτει, φάνηκε γρήγορα πως δεν αλληλεπιδρά με το υδρογόνο αρκετά ώστε να λειτουργήσει αποδοτικά σε τέτοιες εφαρμογές. Εκτός από το γραφένιο, ερευνητές έχουν δημιουργήσει δισδιάστατα υλικά πάχους τριών ατομικών επιπέδων που ανήκουν στην ομάδα των διχαλκογενιδίων, αντιπροσωπευτικό δείγμα των οποίων είναι το διθειούχο μολυβδένιο (MoS2).
Tα υλικά αυτά είναι συνήθως ημιαγώγιμα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πληθώρα εφαρμογών σχετικών με ηλεκτρονικά αλλά, λόγω της μη επίπεδης χημικής δομής τους, δεν μπορούν να ανταγωνιστούν σε ταχύτητα μεταφοράς φορτίων το γραφένιο ούτε είναι αρκετά φθηνά ή εύκολο να παραχθούν.
Οι ερευνητικές ομάδες του Δρ. Αντώνη Ανδριώτη από το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ, του καθηγητή Madhu Menon από το πανεπιστήμιο του Kentucky και του Δρ. Ernst Richter από την εταιρεία Daimler, δουλεύοντας προς την κατεύθυνση αυτή, προσπάθησαν να διερευνήσουν την ύπαρξη άλλων τύπων ευσταθών δισδιάστατων υλικών πάχους ενός ατόμου, που να διατηρούν την επίπεδη δομή του γραφενίου αλλά να συνδυάζουν ταυτόχρονα πλεονεκτήματα που δεν έχει το γραφένιο.
Χρησιμοποιώντας υπολογισμούς πρώτων αρχών η ομάδα των ερευνητών έδειξε ότι συνδυάζοντας πυρίτιο, βόριο και άζωτο, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί ένα δισδιάστατο υλικό πάχους ενός ατόμου με ιδιότητες πέραν απ’ αυτές του γραφενίου. Το νέο υλικό δείχνει να συμπεριφέρεται σαν μέταλλο με μεγάλη ευκινησία φορτίων και, άρα, αναμένεται να είναι ιδιαίτερα αγώγιμο.
Επίσης, η παρουσία του πυριτίου στο υλικό αυτό επιτρέπει την εύκολη ενσωμάτωσή του στην τεχνολογία του πυριτίου ενώ η δυνατότητα προσρόφησης υδρογόνου επιτρέπει τη ρύθμιση του ενεργειακού του χάσματος.
Οι ιδιότητες αυτές του δίδουν βασικό πλεονέκτημα για τη χρήση του στην παραγωγή ενέργειας από τον ήλιο και σε εφαρμογές της τεχνολογίας ηλεκτρονικών. «Ελπίζουμε, τα ευρήματα αυτά να ανοίξουν νέους δρόμους για βιομηχανικές εφαρμογές του νέου αυτού υλικού», λέει ο καθηγητής κ. Menon.
[youtube url=”https://www.youtube.com/watch?v=lKc_PbTD5go”]