Materiaalit, jotka ovat yhden atomin paksuisia, eivät ole vielä menneet tieteellisten laboratorioiden ulkopuolelle, mutta niiden näkymät ovat erittäin kirkkaat. Grafeenin voiton innoittamana fyysikot alkoivat keksiä muita kaksiulotteisia rakenteita, jotka voisivat löytää erittäin odottamattomia sovelluksia.
2D-materiaali tekee elektronisesta laitteesta entistä pienemmän. Tämä on sen etu - eikä ainoa - verrattuna tavallisiin, tilaviin kappaleisiin. Äärimmäisen ohut ainekerros saa uusia optisia, mekaanisia ja elektronisia ominaisuuksia.
Kuvittele tyhjä kirjahylly. Ilmeisesti kirjoja voi laittaa vain hyllyille. Tässä tapauksessa ne ovat energia-arvoja, jotka tulevat elektronien saataville, jos rungon koko pienennetään minimiarvoihin, esimerkiksi atomin halkaisijaan. Näin ilmenee ulottuvuuden kvantisoinnin periaate.
Grafeenileipä muuttuu …
Tähän mennessä luotuista kaksiulotteisista materiaaleista vain grafeenilla on kaupallisia näkymiä. Lisäksi tutkijat ehdottavat, ettei tämän materiaalin laajuutta rajoiteta elektroniikkaan. Entä grafeenin vartalohaarniskat? Ensisilmäyksellä idea on outo - tämä on loppujen lopuksi pehmeää materiaalia, itse asiassa grafiittia, josta kynänjohtimet tehdään. Mutta kahdella grafeenikerroksella, jotka on pinottu toisiinsa, on ehdottoman uskomattomia ominaisuuksia: poikkeuksellinen kovuus, kun niihin kohdistetaan painetta, ja joustavuus iskun heikentämisen jälkeen. Tämän osoittivat äskettäin Yhdysvaltojen ja Euroopan tutkijat. Kaksikerroksisen grafeenin muodostamiseksi ne loivat paineen yhdestä kymmeneen gigapaskaliin timanttivarrella, mikä on verrattavissa sadan sadan tonnin levyn pudotukseen neliömetriä pintaa kohti.
Mutta kolmen, neljän ja viiden grafeenikerroksen rakenteilla ei ollut tällaisia ominaisuuksia. Kävi ilmi, että uuden materiaalin epätavallinen lujuus johtuu elektronien kiertoratojen "muodon" muutoksesta, mikä on mahdotonta muissa kerroskokoonpanoissa.
Mainosvideo:
Litteä polttimo ja joustava näyttö
”Ohuempi, joustavampi, kirkkaampi” on nykyaikaisten näyttövalmistajien motto, mikä tarkoittaa, että he saattavat olla kiinnostuneita 2D-materiaaleista. Mutta miten saada heidät loistamaan kirkkaasti? Tämän onnistui Wienin yliopiston asiantuntijat, jotka kehittivät molybdeenisulfidista (MoS2) tehdyn valonlähteen, jonka paksuus oli yksi atomi.
Molybdeenidisulfidin molekyylirakenteen piirustus / Depositphotos / ogwen.
Fyysikot kiinnittivät metallielektrodit tämän aineen yksikerroksiseen kerrokseen ja suspendoivat koko rakenteen tyhjiössä. Ohjaamalla sähkövirran sen läpi, he pakottivat molybdeenisulfidin kuumenemään ja lähettämään valoa. Totta, vain osa elokuvasta loisti, sen pituus ei ylittänyt 150 nanometriä. Mutta raju ongelma on alkanut! Tutkimuksen kirjoittajat lupaavat kasvattaa kaksiulotteista molybdeenisulfidia autenttisempana, testata sitä uudentyyppisellä valonlähettimellä ja sitten saattaa olla mahdollista integroida se mikropiireihin, joista jonain päivänä tuotetaan joustavia ja kirkkaita näyttöjä yhden atomin paksuisena.