Впервые в мире экспериментально получен представитель нового семейства двумерных веществ — оксид меди. Он уже показал своим создателям несколько необычных свойств, которые могут не только расширить поле для экспериментов с графеном, но и задать новое направление в микроэлектронике. Статья о достижении ученых из НИТУ «МИСиС», ФГБНУ ТИСНУМ, ИБХФ РАН и их зарубежных коллег из японского института NIMS вышла в авторитетном в журнале NanoScale.
Международная группа физиков предсказала и экспериментально подтвердила существование нового семейства неорганических соединений. Как рассказал руководитель теоретической части работы, глава инфраструктурного проекта «Теоретическое материаловедение наноструктур», ведущий научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» д.ф.-м.н. Павел Борисович Сорокин, речь идет о первом в мире двумерном материале с квадратной кристаллической решеткой — оксиде меди.
Создание новых двумерных материалов — материалов состоящих из слоя толщиной в один атом — одна из самых перспективных областей современного материаловедения. С момента получения в 2004 году графена — первого двумерного материала — ученые по всему миру исследуют его особенности, пытаясь соединить его с другими материалами для получения новых свойств.
Синтез нового семейства веществ исследователи провели, изучая различные свойства графена. Поэтому островки двумерного оксида меди расположены на графеновой основе. По словам доктора Сорокина, синтез на подложке из графена — пока единственная реальная возможность получать эти двумерные материалы. Однако с учетом развития технологий данное ограничение вполне преодолимо, подчеркнул ученый.
В отличие от графена, который образован шестиугольными «сотами», двумерный оксид меди имеет квадратную кристаллическую решетку. «До сих пор ученым удавалось синтезировать только материалы с гексагональной решеткой — например, различные производные графена или нитрид бора, — говорит доктор Сорокин. — Плоская квадратная решетка металла неустойчива, однако соединение меди с кислородом стабилизировало её».
Использованный способ, открывает широкие возможности для синтеза нового семейства материалов«. Фактически, ученым удалось добиться «самосборки» двумерного оксида меди на графен. Чтобы создать новое вещество, экспериментаторы из института NIMS (Япония) осадили на частично окисленный графен атомы меди из газовой фазы. Затем нагрев системы привел к тому, что атомы кислорода и меди перегруппировались в новую структуру.
Все особенности нового материала предстоит изучать ещё долго, однако кое-что о свойствах двумерного оксида меди можно сказать уже сейчас. Одним из необычных свойств нового материала, предсказанных российскими физиками Павлом Сорокиным и Дмитрием Квашниным, оказался антиферромагнетизм (низкая намагниченность), который обычный оксид меди не проявляет ни при каких условиях.
Антиферромагнетики относятся к очень перспективным материалам с точки зрения микроэлектроники. Чтобы записать один бит информации в антиферромагнетик, достаточно всего 12 атомов его поверхности, в то время как существующие технологии используют для записи одного бита сотни тысяч атомов.
Есть и ещё одно последствие нового эксперимента. «Наше открытие показало возможность нового применения графена как основы для сборки различных веществ, — говорит доктор Сорокин. — Причем, не только самостоятельных отдельных материалов, но и многослойных двумерных гетероструктур. В представленном эксперименте на графене образовалась новая монослойная структура, обладающая набором только ей присущих свойств, которые нам ещё предстоит подробно изучить».
Как отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова, «НИТУ „МИСиС“ — научно-исследовательский и образовательный центр, являющийся одним из лидеров в области материаловедения как в России, так и за рубежом. В 2017 году университет был включен в предметный рейтинг QS по материаловедению, войдя в 30% лучших вузов мира по этому направлению, с наивысшей оценкой по показателю „Академическая репутация“. Наши результаты стали заметны на мировом уровне благодаря, в том числе, работе по привлечению ведущих ученых, открытию лабораторий мирового уровня, реализации масштабных научных проектов уровня MegaScience».
