Что такое материалы Ван дер Вальса?

Материалы Ван дер Вальса (van der Waals materials) — это кристаллические материалы, где атомы или молекулы в слоях удерживаются сильными ковалентными или ионными связями, а между слоями преобладают слабые ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Эти материалы характеризуются слоистой структурой, где слои можно легко разделить или модифицировать, благодаря слабому межслоевому сцеплению.

Основные особенности:

1. Слоистая структура: Атомы внутри одного слоя образуют сильные химические связи, обеспечивая механическую и химическую устойчивость. Между слоями взаимодействия слабые, что позволяет слоям скользить друг относительно друга.
2. Анизотропные свойства: Свойства материала могут существенно отличаться вдоль слоев и перпендикулярно им.
3. Легкость расщепления: Слои можно легко разделить до монослоев, например, с использованием механического или химического расщепления.

Примеры материалов Ван дер Вальса:

• Графен: Однослойный углеродный материал, извлеченный из графита.
• Дихалькогениды переходных металлов (TMDs): Например, молибденит (MoS₂) или вольфрамит (WS₂), которые демонстрируют уникальные оптические и электронные свойства.
• Гексагональный нитрид бора (h-BN): Изолятор с высокой теплопроводностью.
• Черный фосфор: Полупроводниковый материал с высокой подвижностью носителей заряда.

Применение:

1. Электроника: Создание гетероструктур и транзисторов на основе двумерных материалов.
2. Оптика: Использование в фотонных устройствах благодаря способности управлять светом на нанометровом уровне.
3. Энергетика: Использование в батареях, суперконденсаторах и устройствах для преобразования энергии.
4. Катализ: Высокая активность некоторых материалов в химических реакциях.

Материалы Ван дер Вальса представляют собой основу для изучения двумерных (2D) систем и разработки инновационных нанотехнологий.