Блог

Nov 03, 2023

Большой прорыв в понимании наноразмерных пробелов

18 августа 2023 г. Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

18 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Дениз Язак, Брукхейвенская национальная лаборатория

Создание новых материалов путем комбинирования слоев с уникальными полезными свойствами кажется довольно интуитивным процессом: складывайте материалы и накапливайте преимущества. Однако это не всегда так. Не каждый материал позволяет энергии проходить через него одинаково, в результате чего преимущества одного материала достигаются за счет другого.

Используя новейшие инструменты, ученые из Центра функциональных наноматериалов (CFN), пользовательского центра Министерства энергетики США (DOE) в Брукхейвенской национальной лаборатории и Института экспериментальной физики Варшавского университета создали новую слоистую структуру с 2D-материалы, демонстрирующие уникальную передачу энергии и заряда. Понимание свойств его материала может привести к развитию таких технологий, как солнечные элементы и другие оптоэлектронные устройства. Результаты были опубликованы в журнале Nano Letters.

Дихалькогениды переходных металлов (ДМД) представляют собой класс материалов, структурированных как сэндвичи с атомарно тонкими слоями. Основой TMD является переходный металл, который может образовывать химические связи с электронами на их внешней орбите или оболочке, как и большинство элементов, а также со следующей оболочкой. Этот металл зажат между двумя слоями халькогенов — категории элементов, содержащих кислород, серу и селен.

Все халькогены имеют шесть электронов во внешней оболочке, что делает их химическое поведение схожим. Каждый из этих слоев материала имеет толщину всего один атом — одну миллионную толщины пряди человеческого волоса, что позволяет их называть двумерными (2D) материалами.

«На атомном уровне вы можете увидеть эти уникальные и настраиваемые электронные свойства», — сказал Абдулла Аль-Махбуб, научный сотрудник Брукхейвенской группы CFN Interface Science and Catalesis. «TMD похожи на игровую площадку физики. Мы перемещаем энергию из одного материала в другой на атомном уровне».

Некоторые новые свойства начинают проявляться у материалов такого масштаба. Графен, например, представляет собой 2D-версию графита, материала, из которого сделано большинство карандашей. В эксперименте, получившем Нобелевскую премию, ученые использовали кусок клейкой ленты, чтобы отделить хлопья графита, чтобы изучить слой графена. Исследователи обнаружили, что графен невероятно прочен на атомном уровне — в 200 раз прочнее стали по отношению к ее весу. Кроме того, графен является отличным проводником тепла и электричества и обладает уникальным спектром поглощения света. Это открыло двери для изучения двумерных форм других материалов и их свойств.

2D-материалы интересны сами по себе, но при их сочетании начинают происходить удивительные вещи. Каждый материал обладает своей сверхсилой — защищает материалы от окружающей среды, контролирует передачу энергии, поглощает свет на разных частотах — и когда ученые начинают складывать их вместе, они создают так называемую гетероструктуру. Эти гетероструктуры способны на некоторые необычные вещи и однажды могут быть интегрированы в будущие технологии, такие как более мелкие электронные компоненты и более совершенные детекторы света.

Хотя исследование этих материалов, возможно, началось с чего-то простого, например, с кусочка клейкой ленты, инструменты, используемые для извлечения, изоляции, каталогизации и создания 2D-материалов, стали весьма продвинутыми. В CFN изучению этих гетероструктур и методов, используемых для их создания, посвящена целая система — Quantum Material Press (QPress).