Laagje per laagje ontstaan nieuwe materialen

Een stapel van grafeen, boornitride of wolfraamdisulfide (andere nanomaterialen van slechts één atoom dik) kan dus totaal andere eigenschappen hebben dan de afzonderlijke laagjes waaruit ze is opgebouwd. Dat geldt zelfs voor laagjes van dezelfde soort – dubbelgelaagd grafeen lijkt bijvoorbeeld in geen enkel opzicht op zijn broertje van één laag dik.

De eigenschappen van die ‘stapelmaterialen’ – fysici noemen ze ook weleens designermaterialen, omdat ze ze volledig zélf creëren – worden bepaald door de interacties tussen de laagjes. Door die te bestuderen kunnen onderzoekers dus achterhalen waarom sommige combinaties van laagjes goed samen gaan (grafeen met grafeen, bijvoorbeeld) en andere niet (grafeen met broomnitride).

Nederlandse fysici hebben nu een techniek ontwikkeld waarmee ze die interacties tussen atomen – we zitten hier echt op het kleinste niveau – met hoge precisie in kaart kunnen brengen. Door elektronen met zeer lage energieën op een sample te stralen en een foto te nemen, meten ze hoeveel elektronen er worden teruggekaatst, wat hen een beeld geeft van de ‘interactiedichtheid’. Volgens hen is dat genoeg om de eigenschappen van het gestapelde materiaal te kunnen voorspellen.

Voor de onderzoekers heeft de techniek veel potentie. Door alle mogelijke combinatie van lagen te bestuderen, zoals bijvoorbeeld halfgeleiders op grafeen, kunnen de interacties beter worden begrepen en kunnen straks vrijuit materialen worden ontworpen op maat gemaakt voor specifieke doeleinden.