У 100 000 разів тонший за волосину: створено металевий матеріал, який може змінити електроніку

Китайські фізики знайшли спосіб стиснути метали в надтонкі листи, завтовшки не більше кількох атомів. Деякі експерти вважають, що це досягнення може здійснити революцію в способі виготовлення електронних пристроїв, від малопотужних транзисторів до мікросхем наступного покоління і надчутливих детекторів. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Interesting Engineering.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Унікальні надтонкі металеві листи

Фізики створили двовимірні металеві листи товщиною всього в кілька атомів за допомогою нового методу. Ці листи, створені з вісмуту, галію, індію, олова і свинцю, в сотні тисяч разів тонші за людську волосину. Розроблені вченими з Китайської академії фізики надтонкі металеві листи мають винятково високу електропровідність.

Вчені виявили, що після того, як метали стають дуже тонкими, завтовшки всього в один або кілька атомів, їхні властивості різко змінюються через явище, відоме як квантове обмеження.

За словами фізиків, отримані властивості потенційно корисні, але такі двовимірні метали важко стабілізувати за мікрометрових розмірів, оскільки атоми мають тенденцію набувати своїх природних тривимірних конфігурацій і легко окислюються на повітрі.

Вчені давно знають, що двомірні матеріали можуть демонструвати зовсім інші властивості, ніж їхні тривимірні аналоги, навіть за однакового хімічного складу. Наприклад, шар вуглецю товщиною в один атом, відомий як графен, набагато міцніший і більш провідний, ніж графіт в олівцях.

У той час як графен можна легко відокремити від кристалічного вуглецю, який утворює природно складені шари, метали мають щільно запаковану атомну структуру, що значно ускладнює їх поділ на тонкі листи товщиною з атом.

Фізики створили пару сапфірових пластин, кожна з яких покрита дисульфідом молібдену, матеріалом, який допомагає стабілізувати надтонкий метал. Потім вони нагріли крихітну краплю металу на одній пластині і притиснули її іншою пластиною. У міру охолодження метал розтікався в надтонкий лист із шарами дисульфіду молібдену, що запобігають окисленню і допомагають витягувати надтонкий метал.

Вченим вдалося створити листи з п'яти різних металів завтовшки всього в кілька атомів і завширшки в пару сотень мікрометрів. Автори дослідження кажуть, що цей метод можна застосовувати до будь-якого металу з низькою температурою плавлення. Новий метод дає змогу отримувати стійкі до повітря двовимірні матеріали з розмірами понад 100 мікрометрів, що є істотним поліпшенням порівняно з тим, що можна отримати за допомогою більш дорогих і складних методів, кажуть фізики.

Революція у створенні електроніки

Фізик Хав'єр Санчес-Ямагіші, який не брав участі в дослідженні, каже, що китайські вчені не є першими, хто зміг створити надзвичайно тонкі металеві листи. Але їхнє досягнення вирізняється тим, що вченим вдалося отримати великомасштабні, по-справжньому двовимірні метали. За словами вченого, стабільність і розміри створених матеріалів відкривають багато можливостей для їхньої інтеграції з іншими матеріалами та для створення нових електричних або фотонних пристроїв.

Автори дослідження вважають, що двовимірні метали можна використовувати для створення мініатюрних електронних пристроїв, і вони можуть стати в пригоді під час квантового оброблення інформації, а також під час її зберігання.

Деякі експерти вважають, що це досягнення може здійснити революцію в способі виготовлення електронних пристроїв, від малопотужних транзисторів до мікросхем наступного покоління і надчутливих детекторів.

Але Ерік Поп зі Стенфордського університету каже, що потрібно вирішити багато проблем, пов'язаних із надтонкими металевими листами, перш ніж їх можна буде інтегрувати в електронні пристрої. Однією з ключових перешкод є доведення їхньої стабільності за високих температур, необхідних, наприклад, для виробництва чипів.

Як уже писав Фокус, ще одне досягнення фізиків змінює уявлення про фундаментальні правила ядерної фізики. Експеримент з ізотопом свинцю показав, що ядро його атома не таке, як має бути.