Разработана технология получения материалов толщиной в один атом
В 2010 году двое физиков получили Нобелевскую премию за открытие и исследование свойств двумерного материала. Это был графен, тончайший слой в один атом которого был получен с помощью клейкой ленты и графитового кристалла. С тех пор произошло много событий, и на сегодняшний день ученым известны уже более сотни двумерных материалов. До настоящего времени существовала одна проблема — как получать двумерные материалы из кристаллов, не обладающих слоистой структурой? Ведь именно такой структурой обладает графит. В ходе поиска решений ученые рассудили, что если уж создавать тонкие слои из подобных кристаллов, то пусть они будут не двумерными, а квазидвумерными.
Квазидвумерная плёнка представляет собой около-двумерную, так как предполагается, что ее толщина будет равна не одному, а нескольким атомам. Если удастся создать такой материал, то он будет крайне полезным при применении в гибкой электронике и оптоэлектронике. Только представьте, вся электроника будущего, показанная в фантастических фильмах, станет реальностью — линзы со встроенной электроникой, нейроинтерфейсы, электронная бумага и одежда. Что уж говорить про применение подобных материалов в создании важного лабораторного оборудования медицинского назначения и решения ряда серьезных медицинских проблем, например, интеграции нанотехнологий в нервную систему.
Самым важным материалом, тонкий слой которого хотели получить учёные в первую очередь, выступало золото, не имеющее слоистую структуру. Чтобы получить ультратонкую золотую плёнку, физики попробовали применить технологию нагревания и испарения металла в высоком вакууме. Но здесь их ждала проблема: наночастицы, оседая на поверхности, скорее, стремились собираться друг с другом, нежели старались упасть однородной пленкой без пустот. К сожалению, таким методом удалось получить пленку толщиной только около 20 нанометров, хотя размер молекулы золота равен 0,3 нм. Такая плёнка уже не является прозрачной, а в силу своей неоднородной структуры с пустотами еще и плохо проводит электрический ток, хотя сплошной металлический лист с этим справляется легко.
Именно поэтому физики предложили технологию получения квазидвумерных металлов с помощью поверхности некоторых других двумерных металлов. Графен для этих целей не подошёл, так как он приводит к наращиванию наночастиц в виде столбов, создавая пустоты — графен фактически не смачивается металлом. Поэтому было решено использовать такой материал как дисульфид молибдена MoS2, поскольку золото, которое «с натягом» вступает в реакции со всеми веществами, к сере же испытывает прочные «чувства», то есть образует прочные химические связи. С помощью двумерного слоя этого материала удалось получить пленку золота толщиной всего в 3-4 нанометра, при этом способность проводить электричество была ничуть не хуже, и даже лучше по некоторым другим характеристикам, чем у более толстых пленок этого же металла. С помощью двумерного слоя MoS2 удалось получить рекордно тонкую и гладкую золотую плёнку.
Подобная технология, заключающаяся в получении монослоев с помощью поверхностей других двумерных материалов, позволит создавать новые виды метаматериалов. Квазидвумерные металлы при этом можно будет комбинировать с другими монослоями и в результате, как знать, можно получить совершенно новый материал с неожиданными свойствами.