Укладка чрезвычайно тонких пленок материала друг на друга может позволить создать новые материалы с захватывающими свойствами. Но наиболее успешные процессы создания являются утомительными и несовершенными.
В новом исследовании команда, возглавляемая профессором Стэнфорда Хемамалой Карунадасой, создала гораздо более простой и быстрый способ сделать это. Они вырастили 2D-слои одного из самых востребованных материалов, известного как перовскиты, чередующиеся с тонкими слоями других материалов в больших кристаллах, которые собираются сами по себе.
Сборка происходит во флаконах, где химические ингредиенты для слоев находятся в воде вместе с молекулами в форме штанги, которые направляют действие. На каждом конце “штанги” имеется шаблон для выращивания одного типа слоя. По мере кристаллизации слоев – процесс, аналогичный изготовлению леденцов, – “штанги” автоматически соединяют их вместе в правильном порядке.
“Что действительно здорово, так это то, что эти сложные слоистые материалы спонтанно кристаллизуются”, – рассказывает Майкл Обри, один из разработчиков.
Исследователи говорят, что их метод закладывает основу для создания широкого спектра сложных полупроводников гораздо более продуманным способом, включая комбинации материалов, которые, как известно, раньше не соединялись в кристаллах. Они описали эту работу в статье, опубликованной в журнале Nature.
“Вместо того, чтобы манипулировать материалами по одному слою за раз, мы просто бросаем ионы в кастрюлю с водой и позволяем им собираться так, как они хотят. Мы можем сделать граммы этого вещества, и знаем, где находятся атомы в кристаллах. Этот уровень точности позволяет определять, как на самом деле выглядят границы раздела между слоями, что важно для определения электронной структуры материала “. – делятся учёные.
Наслоение перовскитов с другими материалами может объединить их свойства таким образом, чтобы повысить производительность в конкретных областях применения. Но еще более захватывающая перспектива заключается в том, что на стыках, где слои встречаются, могут проявиться совершенно новые и неожиданные свойства; например, ученые ранее обнаружили, что укладка тонких пленок двух различных типов изоляторов может создать электрический провод.
Трудно предсказать, по мнению разработчиков, какие комбинации материалов окажутся интересными и полезными. Более того, изготовление тонкослойных материалов было медленным и кропотливым процессом. Слои, как правило, создаются путем отслаивания пленок толщиной всего в один или два атома, по одному за раз, от большего куска материала. Именно так графен изготавливается из графита, чистой формы углерода, используемой в карандашных грифелях. В других случаях эти тонкослойные материалы изготавливаются крошечными партиями при очень высоких температурах.
Сообщается, что команда изготовила шесть самосборных материалов, чередуя перовскиты с галогенидами металлов или сульфидами металлов, и исследовала их рентгеновскими лучами с помощью усовершенствованного источника света в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства здравоохранения США.
Выяснилось, что в большинстве структур молекулы штанги слегка разделяли слои. Но в одном из них они привели слои непосредственно в контакт друг с другом, чтобы они могли образовывать химические связи.
