1+1 не равно 2. Английские физики открыли уникальные свойства графена

Научпоп

17 мартa, 06:18

1+1 не равно 2. Английские физики открыли уникальные свойства графена

1+1 не равно 2. Английские физики открыли уникальные свойства графена - фото

Pixabay

Обнаружены уникальные свойства графена

Ученые давно изучают графен и знают о его необычных свойствах. Однако, новое исследование открывает совершенно неизведанные перспективы.

Британские физики из Шеффилдского университета выяснили, что когда два слоя графена, каждый толщиной с один атом, помещаются один над другим, их свойства меняются. И возникает материал с новыми гибридными свойствами.

Причем, это происходит без физического смешивания двух слоев атомов. Также нет никакой химической реакции. Все происходит благодаря слабому взаимодействию силы ван дер Ваальса.

Это потенциальный способ создания новых материалов и нанотехнологических устройств, считают авторы открытия.

Ведь свойства нового гибридного материала можно с высокой точностью контролировать, изгибая оба слоя графена.

Это дает неслыханную свободу при создании композитных материалов на наноуровне, а также целых наноустройств для технологий будущего.

Фото: WiKi

Как все получилось?

Исследование, результаты которого были опубликованы в авторитетном журнале Nature, показывает, что два слоя графена оказываются связаны подобно тому, как липкая лента прилипает к плотной поверхности. 

Работа проводилась не на “ровном месте”.

Идея использования слоев различных материалов для создания так называемых гетероструктур возникала в 1960-х, когда проводились исследования свойства арсенида галлия для создания миниатюрных лазеров, со временем получивших широкое распространение.

Сегодня гетероструктуры активно применяются в индустрии полупроводников, как средство для создания и управления электронными и оптическими параметрами устройств.

С началом эры 2D-кристаллов, таких как графен, появились новые типы гетероструктур. Для их создания применяются слои материалов толщиной в атом, которые удерживаются вместе благодаря силе Ван-дер-Ваальса

Они даже получили название “гетероструктуры Ван-дер-Ваальса” и считаются потенциальным инструментом для создания метаматериалов.

С помощью этого метода, используя 2D-технологии, возможны сотни комбинаций композитов, которые невозможно создать никаким иным способом с использованием привычных 3D-материалов.

Метаматериалами называют композиционные материалы, свойства которых обусловлены не только свойствами составляющих его элементов, но и искусственно созданной периодической структурой. В природе такие материалы не могут возникнуть. И соответственно, они обладают свойствами, которых нет у материалов естественного происхождения.

На текущий момент некоторые метаматериалы проходят испытания. Например, в США был создан метаматериал с отрицательным показателем преломления в видимой области. Фактически, он способен скрыть трехмерный объект. Этот метаматериал создан из золотой подложки и фторида магния.

В антенной технике метаматериалы используются для достижения широкополосности и уменьшения размеров антенных элементов.

Графен и метаматериалы

Исследователи из Шеффилдского университета использовали гетероструктуры Ван-дер-Ваальса, сделанные из двухмерных дихалькогенидов переходных металлов. В трехмерном состоянии они образуют нечто наподобие графита (из которого делают стержни карандашей). А из него извлекают 2D-слои графена толщиной в один атом углерода.

Далее исследователи выяснили, что когда два таких слоя совмещаются, их свойства меняются.

“Один плюс один в данном случае не равняется двум”, - констатирует один из авторов исследования Александр Тартаковский, сотрудник факультета физики и астрономии университета Шеффилда. По его словам, оба материала оказывают влияния на свойства друг друга, и должны рассматриваться как новый единый метаматериал.

“Мы также выяснили, что степень “гибридизации” находится в строгой зависимости от изгиба между атомными решетками обоих слоев”, - рассказал исследователь.

Теоретически, ученые могут использовать эту технологию для создания новых видов материалов с заранее запрограммированными свойствами. По словам Тартаковского, это могут быть сверхпроводимости, оптические и магнитные характеристики.


Читайте новый номер журнала НВ

Подписывайтесь на журнал НВ и читайте свежий номер прямо сейчас. Все подписчики также получают доступ к архивным выпускам журнала. Стоимость подписки на три месяца всего 59 гривен.

Подписаться и читать журнал