Графеновый бронежилет: на что способны материалы толщиной в атом
Материалы толщиной в один атом, их еще называют двумерными, пока не вышли за пределы научных лабораторий, но перспективы их весьма радужны. Вдохновленные триумфом графена, физики стали придумывать другие двумерные структуры, которые могут найти весьма неожиданное применение.
Двумерный материал позволяет сделать электронное устройство еще более миниатюрным. В этом его преимущество — и не единственное — перед обычными, объемными телами. Ультратонкий слой вещества приобретает новые оптические, механические и электронные свойства. Представьте себе пустой книжный шкаф. Очевидно, что книги в него можно поставить только на полки. Полки в данном случае — это значения энергии, которые становятся доступны электронам, если уменьшить размер тела до минимальных значений, например до диаметра атома. Так проявляется принцип размерного квантования.
Бутерброд из графена превращается…
Из созданных на текущий момент двумерных материалов только графен имеет какие-то коммерческие перспективы. Причем ученые предлагают не ограничивать область применения этого материала электроникой. Как насчет графенового бронежилета? На первый взгляд, идея странная — ведь это мягкий материал, по сути, графит, из которого делают карандашные грифели. Но два слоя графена, сложенные вместе, продемонстрируют совершенно потрясающие свойства: необычайную твердость, если к ним приложить давление, и гибкость, после того как ослабить воздействие. Это показали недавно ученые из США и Европы. Для формирования двухслойного графена они создавали давление от одного до 10 гигапаскалей алмазным стержнем, что сравнимо с падением стотысячетонной плиты на квадратный метр поверхности.
А вот структуры из трех, четырех и пяти слоев графена таких свойств не проявили. Выяснилось, что необычной прочностью новый материал обязан изменению "формы" электронных орбиталей, что невозможно в других конфигурациях слоев.
Плоская лампочка и гибкий дисплей
"Тоньше, гибче, ярче" — вот девиз современных производителей дисплеев, а значит, им вполне могут быть интересны двумерные материалы. Но как заставить их ярко светиться? Это удалось специалистам Венского университета, разработавшим источник света из сульфида молибдена (MoS2) толщиной в один атом.
Физики прикрепили к монослою из этого вещества металлические электроды и подвесили всю конструкцию в вакууме. Пропуская через нее электрический ток, они вынудили сульфид молибдена нагреваться и излучать свет. Правда, светилась только часть пленки, длина которой не превышала 150 нанометров. Но лиха беда начало! Авторы исследования обещают вырастить двумерный сульфид молибдена подлиннее, испытать на нем новый тип светоизлучателя, и тогда, может быть, его удастся интегрировать в микросхемы, из которых когда-нибудь произведут гибкие и яркие дисплеи толщиной в один атом.