Невозможный материал стал возможным внутри двух слоев графена
Атомы связываются друг с другом, обмениваясь электронами. То, как это происходит, зависит от типов атомов, а также от таких условий, как температура и давление. В двумерных (2D) материалах, таких как графен, атомы соединяются вдоль плоскости, образуя структуры толщиной всего в один атом, что приводит к удивительным свойствам, определяемым квантовой механикой.
Исследователи из Венского университета в сотрудничестве с университетами Тюбингена, Антверпена и CY Cergy Paris совместно с Danubia NanoTech создали новый двумерный материал, состоящий из атомов меди и йода, зажатых между двумя листами графена. Результаты были опубликованы в журнале Advanced Materials.
Разработка новых материалов позволяет либо повысить эффективность известных приложений, либо создать совершенно новые приложения, недоступные для ранее существовавших материалов.
Действительно, за последние сто лет были идентифицированы десятки тысяч обычных материалов, таких как металлы и их сплавы. Было предсказано, что существует такое же количество возможных 2D-материалов, но на данный момент только часть из них была получена в экспериментах. Одной из причин этого является нестабильность многих из этих материалов в лабораторных условиях.
В недавнем исследовании ученые синтезировали двумерный йодид меди, который был стабилизирован в «графеновом сэндвиче», как первый пример материала, который иначе не существует в нормальных лабораторных условиях.
В синтезе используется большое расстояние между слоями окисленных графеновых мультислоев, что позволяет атомам йода и меди диффундировать в зазор и создавать новый материал. Слои графена играют здесь важную роль, оказывая высокое давление на многослойный материал, который, таким образом, становится стабилизированным.
«Как это часто бывает, когда мы впервые увидели новый материал на наших изображениях под микроскопом, это было неожиданностью», — говорит Киммо Мустонен, ведущий автор исследования.
«Нам потребовалось довольно много времени, чтобы выяснить, что именно представляет собой структура. Это позволило нам вместе с компанией Danubia NanoTech, разработать химический процесс для ее производства в больших масштабах», — продолжает он.
«Нам пришлось использовать несколько методов электронной микроскопии, чтобы убедиться, что мы действительно видим монослой меди и йода, и извлечь точные положения атомов в 3D, включая новейшие методы, которые мы недавно разработали».
Вслед за двумерным йодидом меди исследователи уже расширили метод синтеза для производства других новых двумерных материалов. «Метод кажется действительно универсальным, предоставляя доступ к десяткам новых 2D-материалов. Это действительно захватывающие времена», — заключает Киммо Мустонен.