Od djetinjstva smo navikli da kada dodate jednu jabuku drugoj, dobijete dvije jabuke. Ista stvar događa se s olovkama, pisaćim strojevima i balonima. A u fizici to nije nužno. Ako dovedete dva filma monoatomske debljine, poput grafena, dovoljno blizu maloj udaljenosti, dobit ćete novi materijal.
U ovom ćemo slučaju još uvijek imati dva odvojena objekta koja se, u načelu, mogu povući natrag. Do interakcije među njima dolazi zbog van der Waalsovih sila - relativno slabe interatomske elektromagnetske interakcije. Rezultat je novi materijal (heterostruktura), čija su svojstva određena ne toliko kemijskim sastavom, koliko rasporedom slojeva. Dvoslojni sloj može se saviti i uviti - a to također dovodi do promjene njegovih fizičkih svojstava.
Slični eksperimenti provedeni su na grafenu dugi niz godina, ali grafen u ovom slučaju nije baš zanimljiv. U uvjetima na koje smo navikli nema zabranjeni jaz koji bi tvar pretvorio u poluvodič, potrebni su posebni napori za njegovo stvaranje. Ali, postoje i drugi materijali.
U ovom slučaju, istraživači sa Sveučilišta u Sheffieldu (Velika Britanija) koristili su van der Waalsove heterostrukture izrađene od dihalkogenida prelaznih metala. Ovdje je prikladna mala digresija. Kalkogeni su kemijski elementi 16. grupe periodičke tablice: stupac koji s vrha započinje kisikom i sumporom, a završava radioaktivnim jetrenomorijom. Prelaznih je metala mnogo, u svakodnevnom smo životu najpoznatiji bakar, molibden i cink.
Istraživači su sastavili "sendvič" od slojeva molibdenovog disilenida (MoSe2) i volfram disulfata (WS2). Vodljivost dobivenog materijala se povremeno mijenjala na isti način kao što se efekt moire pojavljuje na dvije presavijene zavjese od tila.
Kao što je rekao profesor Alexander Tartakovsky sa Sveučilišta Sheffield, materijali utječu jedni na druge i mijenjaju jedni druge svojstva, pa ih treba promatrati kao potpuno novi metamaterijal s jedinstvenim svojstvima, pa jedan plus jedan ne daje dva. Znanstvenici su također otkrili da stupanj hibridizacije jako ovisi o uvijanju "sendviča", tijekom kojeg se udaljenost između atomskih rešetki svakog sloja mijenja.
"Otkrili smo da uvijanje slojeva u heterostrukturi stvara novu supatomsku periodičnost koja se naziva moire superlatica", kaže Tartakovsky. Moire super rešetka s razdobljem koje ovisi o uvijetu određuje kako svojstva dva poluvodiča hibridiziraju."
Profesor Tartakovsky dodao je: "Izlazi složenija slika interakcije atomsko tankih materijala u vanstrualskim heterostrukturama. Ovo je zanimljivo jer omogućava pristup širokom rasponu svojstava materijala, poput varijabilne provodljivosti u ugađanju, optičkih svojstava, magnetizma itd. To se može i upotrijebiti kao novi stupanj slobode u razvoju uređaja temeljenih na dvodimenzionalnim materijalima."
Promotivni video:
Pojedinosti možete pročitati u članku objavljenom u časopisu Nature.
Sergej Sysoev