Вчені давно вивчають графен і знають про його незвичайні властивості. Однак, нове дослідження відкриває абсолютно незвідані перспективи.

Британські фізики з Шеффілдського університету з'ясували, що коли два шари графена, кожен завтовшки з один атом, розміщуються один над іншим, їхні властивості змінюються. І виникає матеріал з новими гібридними властивостями.

Причому, це відбувається без фізичного змішування двох шарів атомів. Також немає ніякої хімічної реакції. Все відбувається завдяки слабкій взаємодії сили ван дер Ваальса.

Це потенційний спосіб створення нових матеріалів і нанотехнологічних пристроїв, вважають автори відкриття.

Адже властивості нового гібридного матеріалу можна з високою точністю контролювати, вигинаючи обидва шари графена.

Це дає нечувану свободу під час створення композитних матеріалів на нанорівні, а також цілих нанопристроїв для технологій майбутнього.

Як все вийшло?

Дослідження, результати якого були опубліковані в авторитетному журналі Nature, показує, що два шари графена виявляються пов'язані подібно до того, як липка стрічка прилипає до щільної поверхні.

Роботу проводили не на "рівному місці".

Ідея використання шарів різних матеріалів для створення так званих гетероструктур виникала в 1960-х, коли проводилися дослідження властивості арсеніду галію для створення мініатюрних лазерів, які згодом набули чималого поширення.

Сьогодні гетероструктури активно застосовують в індустрії напівпровідників, як засіб для створення і управління електронними та оптичними параметрами пристроїв.

З початком ери 2D-кристалів, таких як графен, з'явилися нові типи гетероструктур. Для їх створення застосовуються шари матеріалів завтовшки як атом, що утримуються разом завдяки силі Ван-дер-Ваальса.

Вони навіть отримали назву "гетероструктури Ван-дер-Ваальса" і вважаються потенційним інструментом для створення метаматеріалів.

За допомогою цього методу, використовуючи 2D-технології, можливі сотні комбінацій композитів, які неможливо створити ніяким іншим способом з використанням звичних 3D-матеріалів.

Метаматеріалами називають композиційні матеріали, властивості яких обумовлені не тільки властивостями складових його елементів, але і штучно створеною періодичною структурою. У природі такі матеріали не можуть виникнути. І відповідно, вони мають властивості, яких немає у матеріалів природного походження.

Нині деякі метаматеріали проходять випробування. Наприклад, у США було створено метаматеріал з негативним показником заломлення у видимій області. Фактично, він здатний приховати тривимірний об'єкт. Цей метаматеріал створений із золотої підкладки і фториду магнію.

У антенній техніці метаматеріали використовують для досягнення широкосмуговості і зменшення розмірів антенних елементів.

Графен і метаматеріали

Дослідники з Шеффілдського університету використовували гетероструктури Ван-дер-Ваальса, зроблені з двомірних дихалькогенідів перехідних металів. У тривимірному стані вони утворюють щось на кшталт графіту (з якого роблять стрижні олівців). А з нього витягують 2D-шари графена завтовшки один атом вуглецю.

Далі дослідники з'ясували, що коли два таких шари поєднуються, їхні властивості змінюються.

"Один плюс один у цьому випадку не дорівнює двом", — констатує один з авторів дослідження Олександр Тартаковський, співробітник факультету фізики і астрономії університету Шеффілда. За його словами, обидва матеріали впливають на властивості один одного, і мають розглядатися як новий єдиний метаматеріал.

"Ми також з'ясували, що ступінь" гібридизації "знаходиться в строгій залежності від вигину між атомними решітками обох шарів", — розповів дослідник.

Теоретично, вчені можуть використовувати цю технологію для створення нових видів матеріалів із заздалегідь запрограмованими властивостями. За словами Тартаковського, це можуть бути надпровідності, оптичні та магнітні властивості.

Источник: techno.nv.ua