В лаборатории создана структура из железа, напоминающая графен
 Трехмерная реконструкция структуры из железа, сформированной учеными внутри отверстия в листе графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
На первый взгляд самостоятельный двумерный фрагмент металла – структура невозможная. Связано это с тем, что соединение атомов в металле обусловлено присутствием электронов, которые могут свободно перемещаться в любом направлении внутри кристаллической решетки. В результате, металлы имеют явную склонность к образованию трехмерных, а не двумерных структур. Это существенно отличает металлы, к примеру, от кристаллического углерода, который соединяется посредством направленных ковалентных связей, допускающих формирование плоских структур, вроде графена. Конечно, одиночные слои металла могут быть сформированы на подложке, но по своей сути их нельзя отнести к полноценным двумерным материалам (поскольку атомы в них связаны с некой основной структурой).
В рамках своей работы международная группа исследователей из Leibniz Institute for Solid State and Materials Research (Германия), а также научных институтов Польши и Кореи изучала поведение атомов металла, размещенных по краям отверстий в графене. Они выращивали листы графена методом химического осаждения из парообразного состояния; позже слой отсоединялся от подложки при помощи травления раствором хлорида железа. Методика производства оставляла незначительные фрагменты железа на поверхности графена. А при помощи облучения материала электронным пучком ученые могли формировать небольшие отверстия в графене и перемещать отдельные атомы железа.
Поскольку атомы на краях отверстий имеют «оборванные» связи, при перемещении атомов железа, они занимают именно эти позиции. Как показали эксперименты, процесс заполнения отверстия продолжается и дальше, пока атомы железа не закрывают его полностью двумерной кристаллической решеткой.
Теоретические расчеты научной группы показывают, что наибольшая термодинамическая структура с такой конфигурацией будет около 12 атомов или 3 нм в ширину. Правда, на эксперименте удалось наблюдать структуры не более 10 атомов в ширину; после этого тенденция железа формировать трехмерную структуру превалирует над процессом заполнения двумерного отверстия.
Другие расчеты показывают изменения в электронной структуре атомов железа, образующих двумерную решетку. Согласно вычислениям, такая структура должна обладать значительно большим магнитным моментом, нежели объемный кристалл железа. Таким образом, структура могла бы быть полезной для создания магнитных носителей для хранения данных. Правда, прежде чем говорить о практическом применении разработки, потребуется более фундаментальное исследование структуры.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Science.
Как считают коллеги ученых из других научных групп, работа даже в таком виде представляет собой интересное фундаментальное исследование. Правда, идеи о практическом (тем более, коммерческом) использовании пока вызывают скептическое отношение.
В ближайшее время команда планирует заняться производством аналогичных двумерных структур на основе других материалов.
Также по теме:
- Существует ли графен на основе бора?
- На основе оксида графена создан умный текстиль
- Ученые создали атомарного размера инструмент для работы с графеном
- Графен на поверхности меди ускорит охлаждение
- Оксид графена может послужить отличным фильтром
Источники: