Якщо ви останнім часом читали будь-які історії про квантові дослідження в Columbia News або деінде, можливо, ви чули цей термін 2D або двовимірні матеріали.
Ілюстрація атомної структури графену, форми надміцного двовимірного вуглецю.
У січні хіміки з Колумбії опублікували дослідження про першу 2D важкий ферміон, клас матеріалів з дуже важкими електронами. У листопаді Інженерна школа опублікувала матеріал на тему «Лазерне керування двовимірним матеріалом.” А на початку минулого року, дослідники виявили як надпровідність, так і сегнетоелектрику в тому самому 2D матеріалі. Список можна продовжувати.
Отже, що таке 2D-матеріали і чому вчені так зацікавлені?
Двовимірні матеріали – це саме те, що вони звучать: матеріали товщиною лише 1 або 2 атомів, але ширші в усіх інших напрямках. Часто 2D-матеріали, з якими працюють науковці, мають розмір у кілька квадратних мікрометрів — невидимі неозброєним оком, але видимі за допомогою мікроскопа, який ви могли використовувати на уроках природничих наук у середній школі. Двовимірні матеріали, з якими працюють вчені, являють собою суміш природних матеріалів, таких як графен, форма надміцного вуглецю, відкритого в Колумбійському університеті в 2 році, і матеріалів, синтезованих у лабораторіях, таких як CeSil, кристал, який вперше зібрали в Колумбійському університеті минулого року, складається з церію, кремнію та йоду. Ці матеріали зазвичай починаються як тривимірні, і вчені розбирають їх у два виміри, щоб провести над ними експерименти та з’ясувати, які фізичні властивості, як надпровідність or магнетизм, може виникнути, коли матеріали атомно-плоскі. Вчені працюють над розробкою нових способів створення 2D-матеріалів з нуля, без необхідності відокремлювати їх від 3D, але якість їх все ще недосконала.
Багато речей роблять 2D-матеріали цікавими, але головним є те, що вони обмежують шляхи, якими частинки, наприклад електрони, можуть рухатися в них. Колумбійський хімік Ксав'єр Рой для пояснення використав аналогію з дорожнім рухом:
«Подумайте про це так: якби у нас були літаючі автомобілі, які могли б подорожувати в тривимірному просторі, ми б змогли зменшити більшу частину трафіку в Нью-Йорку. Але оскільки наші нинішні автомобілі можуть подорожувати лише у двох вимірах, ми закінчуємо величезними пробками на Таймс-сквер», — сказав Рой в недавньому інтерв’ю.
«Те ж саме відбувається з електронами, коли ми переходимо від 3D до 2D, але в нашому випадку «трафік» між електронами вигідний! Оскільки ці електрон-електронні взаємодії стають сильнішими, ми можемо повністю змінити властивості матеріалу. Наприклад, коли товщина тривимірних важких ферміонних матеріалів зменшується (тобто коли вони стають більш двовимірними), вони можуть переходити від магнітних до надпровідних».
Двовимірні матеріали також можна відносно легко налаштувати: укладання їх під невеликими кутами між шарами, застосування сил, таких як електричні та магнітні поля, а також натягнення матеріалів шляхом скручування або застосування тиску до них може змінити їхні властивості. Візьмемо лише один приклад: просто поклавши два аркуші матеріалу під назвою диселенід вольфраму один на одного, скручуючи їх і додаючи або знімаючи електричний заряд, матеріал може переходити від електропровідного металу до ізолятора, що блокує електрику і знову назад.
Вчені також схвильовані потенційним використанням 2D-матеріалів у технології, які вчені часто називають «додатками».
Двовимірні матеріали, ймовірно, відіграватимуть життєво важливу роль у електроніці наступного покоління, включаючи квантові комп’ютери, які все ще перебувають у стадії розробки. чому Значною мірою тому, що 2D-матеріали є надмалі з унікальними властивостями, якими можна керувати (наприклад, надпровідність), а технологія постійно шукає щось, що може досягати результатів швидше, ефективніше та займає менше місця.
джерело: Колумбійський університет
