Inženjeri se heterostrukturama obično bave kako bi postigli nova svojstva uređaja nedostupna u jednom materijalu. Van der Waalsova heterostruktura izrađena je od 2D materijala koji se slažu izravno jedan na drugi poput Lego kocaka ili sendviča. Materijale na okupu drže upravo van der Waalsove sile.

Struktura drugačija od prijašnjih

No, jednodimenzionalna van der Waalsova heterostruktura koju su proizveli istraživači razlikuje se od prijašnjih, tvrdi profesor inženjerskih znanosti i mehanike Slava Rotkin.

"Izgleda kao gomila 2D materijala smotanih u savršeni cilindar", objašnjava Rotkin. "Drugim riječima, ako smotate sendvič, u njemu će biti svi dobri sastojci; u ovom slučaju napravite i tanki cilindar, vrlo kompaktan poput hrenovke, sushija ili rolada."

Tako 2D materijali i dalje dolaze u kontakt jedni s drugima u željenom vertikalnom slijedu heterostrukture, ali pritom ne trebate brinuti o bočnim rubovima. A to je velika stvar za izradu super-malih uređaja.

Hetero-nanocijevi

Istraživanje, objavljeno u ACS Nano, sugerira da bi se svi 2D materijali mogli uvaljati u ove jednodimenzionalne cilindre heterostrukture, poznate kao hetero-nanocijevi. Istraživači sa Sveučilišta u Tokiju nedavno su izradili elektrode na hetero-nanocijevi i pokazali da može raditi kao izuzetno mala dioda s visokim performansama unatoč svojoj veličini.

"Diode su nezaobilazne u optoelektronici; one su u jezgri fotodetektora, solarnih ćelija, uređaja koji emitiraju svjetlost...", objašnjava Rotkin. U elektronici se diode koriste u nekoliko specijaliziranih sklopova; iako je glavni element elektronike tranzistor, dvije povezane diode također mogu poslužiti kao prekidač. A to pak otvara potencijalnu novu klasu materijala za izradu minijaturne elektronike.

Rotkin je riješio posebno izazovan zadatak i pobrinuo se da jednodimenzionalni van der Waalsov cilindar za heterostrukturu ima sve potrebne slojeve materijala.

"Morali smo znati imamo li koricu pečene govedine duž cijele dužine cilindričnog sendviča ili postoje dijelovi u kojima se nalaze samo kruh i  salata", kaže Rotkin koristeći se analogijom sa sendvičima. "Odsutnost srednjeg izolacijskog sloja značila bi da nismo uspjeli u sintezi uređaja."

Nevidljiv cilindar

U pravilnim, ravnim van der Waalsovim heterostrukturama lako se može potvrditi postojanje ili odsutnost nekih slojeva jer su ravni i imaju veliku površinu. Kad ih istraživači smotaju, kao u slučaju jednodimenzionalne van der Waalsove heterostrukture, pretvaraju se u vrlo tanak, praktički nevidljiv cilindar nalik žici. 

Rotkin je koristio raspršujući optički mikroskop bliskog polja koji može vidjeti objekte veličine nanorazmjera i odrediti optička svojstva njihovih materijala. Razvio je i posebnu metodu analize podataka, hiperspektralnu optičku sliku nanometarske razlučivosti, koja može razlikovati različite materijale i testirati strukturu jednodimenzionalne diode duž cijele duljine.

Rotkin sad planira proširiti svoja istraživanja hiperspektralnim snimanjem kako bi bolje obradio druge materijale, poput stakla, raznih 2D materijala te proteinskih tubula i virusa.

"To je nova tehnika koja će dovesti do budućih otkrića", nada se Rotkin.