Американские исследователи представили миру инновационный тип материалов — интеркристаллы, обладающие необычными электронными характеристиками и способные стать основой для технологий нового поколения.

Ученые из Университета Ратгерса разработали интеркристаллы, аккуратно наложив два сверхтонких слоя графена — материала, состоящего из одного слоя атомов углерода, выстроенных в шестиугольную решетку — друг на друга под небольшим углом. Эти слои были размещены на подложке из гексагонального нитрида бора, также имеющего шестиугольную структуру. Несовпадение атомных решеток привело к образованию муаровых узоров — тонких интерференционных рисунков, которые влияют на поведение электронов внутри материала. Именно такая геометрическая организация позволила изменить его электронные свойства без изменения химического состава.

Как отмечает соавтор исследования, профессор Ева Андрей, интеркристаллы открывают новое направление в материаловедении. Благодаря им, управлять свойствами веществ можно исключительно с помощью их пространственной организации, минуя необходимость добавления новых химических элементов. Это может привести к созданию принципиально новых транзисторов, сенсоров и других компонентов электроники, где функционал определяется не составом, а точным расположением элементов на наноуровне.

Основой для этой технологии стал метод, известный как твистроника. Он берет начало в экспериментах профессора Андрей и её команды ещё в 2009 году, когда они впервые заметили, что при определённом угле поворота между слоями графена возникают муаровые узоры, кардинально меняющие его электронные свойства. С тех пор область твистроники активно развивается, открывая путь к множеству необычных квантовых явлений.

Интеркристаллы ведут себя иначе, чем обычные кристаллы. В стандартных кристаллических решетках электроны движутся предсказуемо благодаря строгой симметрии. Однако новые материалы сочетают черты обычных кристаллов и квазикристаллов — структур, открытых в 1980-х годах и нарушающих традиционное понимание порядка в материи. Как и квазикристаллы, интеркристаллы не имеют повторяющейся периодической структуры, но сохраняют определённые симметрии. Это позволяет им демонстрировать такие эффекты, как сверхпроводимость и магнетизм, недоступные многим существующим материалам. К тому же, интеркристаллы экологичны.

В отличие от многих современных высокотехнологичных материалов, требующих редкоземельных и зачастую токсичных элементов, интеркристаллы создаются из доступных и безопасных веществ — углерода, бора и азота. Это делает их перспективной основой для более устойчивых и масштабируемых технологий будущего.

Создатели полагают, что их работа — всего лишь первые шаги в освоении нового класса веществ. Возможность управления электронами через геометрию открывает колоссальные перспективы в материаловедении. По словам соавтора исследования, профессора Джедидайи Пиксли, такое открытие может перевернуть подход к проектированию электронных устройств, позволяя настраивать каждый элемент на атомном уровне. "Это только начало, — говорит он. — Материалы вроде этих — это путь, по которому пойдут технологии завтрашнего дня".

Источник