Ученые создали первые одномерные ионные кристаллы

По мнению ученых, необычных оптических и электрических свойств от привычных веществ можно добиться, построив одномерный ионный кристалл. (кликните картинку для увеличения)

По мнению ученых, необычных оптических и электрических свойств от привычных веществ можно добиться, построив одномерный ионный кристалл. (кликните картинку для увеличения)

20.09.2014 (7:28)
Просмотров: 1798
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
кристалл, графен, нанотрубка,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Исследователям из Японии впервые удалось создать цепочку из ионов двух химических элементов, чередующихся друг с другом. Сформированная цепочка представляет собой по-настоящему одномерный двухатомный ионный кристалл, который до сих пор существовал лишь в теории. Структура имеет очень специфичные оптические свойства, разительно отличающиеся от объемного аналога, причем, эти свойства могут быть скорректированы за счет введения в цепь атомных дефектов.

Оптические и механические свойства двумерных материалов, таких как графен или дихалькогениды переходных металлов, разительно отличаются от их трехмерных аналогов. Это означает, что подобные материалы могут найти широкое применение в целом классе новых устройств, в частности, в маломощной электронике, дешевых гибких дисплеях, всевозможных сенсорах и даже гибкой электронике, наносящейся на разные поверхности. С этой точки зрения одномерные материалы должны быть еще более перспективными для подобных приложений. Некоторые исследователи уже отмечали новые явления, к примеру, дискретную квантовую проводимость в золотых и серебряных одноатомных цепочках. В перспективе они также надеются увидеть другие удивительные свойства, в частности, высокую механическую прочность углеродных цепочек – и это лишь один из примеров.

До сих пор, однако, никто детально не изучал одномерные ионные кристаллы, поскольку эти структуры довольно сложны в изготовлении. Ионы, формируя кристалл, образуют трехмерную решетку, а одномерная структура оказывается энергетически неустойчивой. Решая эту проблему, группа ученых из Nanotube Research Center (Япония) использовала углеродную нанотрубку в качестве шаблона для стабилизации цепочки ионов. Исследователи выбрали двухслойные углеродные трубки с внутренним диаметром менее 1 нм и разместили в нем одномерный кристалл цезия и йода. Такие параметры были выбраны, поскольку для успешного создания одномерного кристалла необходимо было выбрать нанотрубку, внутренний диаметр которой равен или немного больше диаметра ионов атомов цезия и йода, но, в то же время, меньше удвоенного диаметра наименьшего из ионов (чтобы внутри нанотрубки не могла сформироваться трехмерная структура).

Для наполнения нанотрубки соответствующими атомами группа воздействовала на нее газом CsI под высоким давлением. Подтверждалось успешное наполнение при помощи просвечивающего электронного микроскопа.

Согласно теоретическим выкладкам исследователей, оптические свойства одномерных ионных кристаллов принципиально отличаются от свойств их объемных аналогов. Более того, эти свойства могут быть легко скорректированы с помощью введения в цепи атомных дефектов. Если на трехмерный образец небольшое количество дефектов практически не влияет, то для атомной цепочки даже замена одного атома может кардинально изменить электрические и оптические характеристики. Таким образом, управление структурой цепи (введение дефектов или включение атомов других элементов) позволит разрабатывать материалы с нужными свойствами.

Среди потенциальных областей применения нового одномерного ионного кристалла – однофотонные излучатели, которые используют вакансии или примесные дефекты в подобных цепях. Такие перестраиваемые, но, в то же время, стабильные источники одиночных фотонов могут использоваться, к примеру, в качестве компонентов квантовых устройств.

В своих экспериментах ученые выбрали цезий и йод, поскольку оба вещества довольно легко обнаружить с помощью используемых ими измерительных техник, а также химического анализа. Тем не менее, нет никаких причин для того, чтобы предложенная техника создания одномерных кристаллов не сработала для других веществ, к примеру, CsCl, CsF, NaI или AuBr3. Правда, коллег, которые запланируют повторение эксперимента, ученые предостерегают от ошибок, поскольку при работе с такими масштабами необходимо уделять особое внимание правильной интерпретации полученных изображений. Им удалось установить, что обычно яркость атома в применяемом ими модифицированном просвечивающем электронном микроскопе соответствует его порядковому номеру (чем атом тяжелее, тем он контрастнее), в ионных кристаллах изображение было инвертировано (более тяжелые атомы оказались менее яркими). Это может помешать правильному толкованию ситуации. Таким образом, для работы с подобными одномерными структурами необходимо вводить дополнительные методы анализа.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Materials.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100