Ако сте у последње време читали приче о квантном истраживању, у Цолумбиа Невс-у или негде другде, можда сте чули тај термин 2Д или дводимензионални материјали.
Илустрација атомске структуре графена, облика ултра јаког 2Д угљеника.
У јануару су хемичари из Колумбије објавили студију о првом 2Д тешки фермион, класа материјала са веома тешким електронима. У новембру, Инжењерска школа је објавила причу на тему „Ласерско управљање 2Д материјала.” И раније прошле године, истраживачи су пронашли и суперпроводљивост и фероелектричност у истом 2Д материјалу. Листа се наставља.
Дакле, шта су 2Д материјали и зашто су научници толико заинтересовани?
Дводимензионални материјали су управо оно што звуче: материјали који су дебели само 1 или 2 атома, али шири у сваком другом правцу. Често су 2Д материјали са којима раде научници велики неколико квадратних микрометара – невидљиви голим оком, али видљиви са врстом микроскопа који сте можда користили на часовима природних наука у средњој школи. 2Д материјали са којима научници раде су мешавина природних материјала, попут графена, облика ултра-јаког угљеника откривеног у Колумбији 2004. и материјала синтетизованих у лабораторијама, као што је ЦеСил, кристал који је први пут састављен у Колумбији прошле године, састоји се од церијума, силицијума и јода. Ови материјали обично почињу као тродимензионални, а научници их спуштају на две димензије да би на њима спровели експерименте и открили која физичка својства, нпр. суперпроводност or магнетизам, може се појавити када су материјали равни атоми. Научници раде на развоју нових начина за прављење 2Д материјала од нуле, без потребе да их одвајају од 3Д, али њихов квалитет је и даље несавршен.
Многе ствари чине 2Д материјале занимљивим, али примарна је то што оне ограничавају начине на које честице попут електрона могу да се крећу унутар њих. Колумбијски хемичар Ксавије Рој користио саобраћајну аналогију да објасни:
„Размислите о томе овако: да имамо летеће аутомобиле који могу да путују у тродимензионалном простору, могли бисмо да смањимо већину саобраћаја у Њујорку. Али пошто наши тренутни аутомобили могу да путују само у дводимензионалним условима, на крају имамо огромне саобраћајне гужве на Тајмс скверу“, рекао је Рој у недавном интервјуу.
„Иста ствар се дешава и за електроне када прелазимо из 3Д у 2Д, али у нашем случају, 'саобраћај' између електрона је користан! Како ове електрон-електрон интеракције постају јаче, можемо потпуно променити својства материјала. На пример, како се дебљина 3Д тешких фермион материјала смањује (тј. како постају више 2Д), они могу да пређу из магнетних у суперпроводне.
Дводимензионални материјали се такође могу релативно лако подесити: слагање под благим угловима између слојева, примена сила као што су електрична поља и магнетна поља, и напрезање материјала увртањем или притиском на њих може променити њихова својства. Узмите само један пример: једноставним слагањем два листа материјала који се зове волфрам диселенид један на други, увијањем их и додавањем или уклањањем електричног набоја, материјал може да пређе са метала који проводе електричну енергију у изолатор који блокира струју и опет назад.
Научници су такође узбуђени због потенцијалне употребе 2Д материјала у технологији, коју научници често називају „апликацијама“.
Дводимензионални материјали ће вероватно играти виталну улогу у следећој генерацији електронике, укључујући квантне рачунаре који су још увек у развоју. Зашто? У великој мери, зато што су 2Д материјали ултра-мали са јединственим својствима која се могу контролисати (као што је суперпроводљивост), а технологија је увек у потрази за нечим што може постићи резултате брже, ефикасније и користећи мање простора.
Извор: Универзитет Колумбија
