Ученые предсказали строение новых двумерных углеродных материалов

Исследователи НИЯУ МИФИ предсказали строение и свойства новых двумерных материалов – диаманов, построенных из аллотропных модификаций графена. Статья опубликована в высокорейтинговом научном журнале FlatChem.

В последние несколько лет в исследовании графена наметилось два новых направления, отметил руководитель работы, профессор НИЯУ МИФИ Константин Катин.

«Первое направление – это создание новых аллотропов графена. С одной стороны, они сохраняют главные преимущества графена, такие как высокую прочность и подвижность носителей. С другой стороны, часто они обладают дополнительными полезными свойствами – двойным конусом Дирака, управляемой запрещенной зоной, способностью формировать сверхрешетки из осажденных ионов, повышенной каталитической и адсорбционной активностью», — рассказал он.

Однако, по мнению ученого, получить эти аллотропы непросто. Все они менее энергетически выгодны, чем графен, поэтому долгое время синтезировать их не удавалось. Только в самые последние годы технология самосборки молекул на металлических подложках развилась настолько, что позволила относительно просто синтезировать графин, графенилен и другие подобные материалы.

Настоящий бум в этой области, сопровождающийся синтезом десятков аллотропов, может произойти через два-три года, добавил Константин Катин.

«Второе новое направление – это производство диаманов, в которых параллельные графеновые слои соединяются ковалентными связями. Благодаря усилиям нескольких лабораторий, диаманы перестали быть редкими «курьезными» структурами – надежные химические методики позволяют получать их на большой площади и без высоких давлений», — рассказал ученый.

Он напомнил, что первые диаманы нанометрового размера получались лишь под иглой силового микроскопа, и отметил, что диаманы считаются самыми твердыми из известных 2D-материалов (хотя распространять понятие «твердость» на наноматериалы, по его мнению, нужно с большой осторожностью).

В своем исследовании ученые НИЯУ МИФИ совместили оба направления, поэтому их работа посвящена диаманам на основе аллотропов графена. Проведя компьютерное моделирование, они выяснили, что только два аллотропа графена подходят для создания диаманов. Новые диаманы оказались почти такими же прочными, как классический диаман.

«Новые диаманы являются полупроводниками. Особенно интересно, что они концентрируют электроны на уровне примерно на 3 эВ ниже энергии Ферми, что интересно с точки зрения оптоэлектроники», — объяснил Константин Катин.

В будущем исследователи планируют спроектировать транзисторы и другие устройства на основе новых диаманов. Главное – показать преимущества новых аллотропов хотя бы на уровне компьютерного моделирования.