Физики Массачусетского технологического института превратили графит или грифель карандаша в ценный материал, изолировав пять ультратонких чешуек, сложенных в определенном порядке. Полученный материал можно настроить так, чтобы он проявлял три важных свойства, никогда ранее не встречавшихся в природном графите.
Графит состоит из графена — одного слоя атомов углерода, расположенных в шестиугольниках. Ученые в течение последних 20 лет активно исследуют графен. Несколько лет назад исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что при скручивании и укладке нескольких слоев графена под небольшим углом друг к другу, материал приобретает новые свойства, такие как сверхпроводимость и магнетизм.
В последнем исследовании были обнаружены интересные свойства материала, которые не требуют скручивания. Ученые выяснили, что пятислойный графен, расположенный в определенном порядке, способствует «общению» электронов, что приводит к появлению новых свойств.
Для изучения нового материала, который был назван «пентаслоистым ромбоэдрическим стеком графена», использовался новый тип микроскопа, разработанный в MIT в 2021 году. Этот инструмент позволяет быстро и экономично определять характеристики материалов на наноуровне.
Используя этот микроскоп, ученые искали многослойный графен с точной укладкой, известной как ромбоэдрическая структура. Существует более 10 возможных вариантов укладки при переходе к пяти слоям, и ромбоэдрическая структура — лишь один из них.
После того, как исследователи определили правильный порядок слоев, они создали микроскопическую структуру, в которую включили электроды. Эта структура была составлена из защитного слоя нитрида бора и очень тонкого пятислойного графена в определенной последовательности. Благодаря этой конструкции ученые могли изменять электрические свойства материала, применяя разное напряжение. В ходе экспериментов было обнаружено, что при разном напряжении материал может проявлять изоляционные, магнитные или топологические свойства.
Топологический материал — это материал, в котором электроны могут свободно двигаться по его краям, но не через его середину. Можно представить, что они едут по «шоссе» вдоль края материала, пока не достигают центра. Края топологического материала являются отличными проводниками, а центр материала — изолятором. Это означает, что электрический ток может свободно протекать вдоль края материала, но не может пройти через него или распространиться по всему материалу.
Ромбоэдрический многослойный графен может использоваться как легко настраиваемая платформа для изучения новых возможностей физики.
Ранее корейские ученые впервые в мире разработали электронный текстиль на основе графена. Разработка пригодится при создании военной или медицинской одежды. Посмотрите на другие топовые изобретения 2023 года:
