Pyramida ze 20 atomů zlata. Credit: KU Leuven, vpravo struktura zobrazená pomocí řádkovacího tunelového mikroskopu (STM).

2D zlato a stříbro jako polovodiče

Zlato kombinované s grafenem, podivné vlastnosti nejtenčích kovových struktur. Vrstva z 1 atomu a ze 2 atomů se již mohou vodivostí podstatně lišit.

Proč je takový problém připravit 2D zlato? Nefunguje totiž metoda opakovaného otěru („lepicí páskou“), a pokud se pokusíme vytvořit vrstvu zlata usazováním (depozicí) na substrátu, atomy zlata se ihned namísto toho začnou spojovat do trojrozměrných objektů.
Ulrich Starke a Stiven Forti z Ústavu Maxe Plancka ve Stuttgartu proto již dříve zvolili jiný postup, tzv. interkalaci („zasunutí“). Za vysoké teploty a ve vysokém vakuu sublimované atomy zlata pronikaly mezi vrstvu grafenu a karbidu křemíku. Podobně se vedle zlata experimentovalo s germaniem, mědí a gandoliniem, cílem těchto výzkumů ale byla především úprava vlastností grafenu.
Nyní se však podařilo docílit toho, aby se při 600 °C atomy zlata na karbidu křemíku uspořádaly do pravidelné a opravdu monoatomární struktury, když horní vrstva grafenu zabrání dalšímu shlukování atomů nad sebou za vzniku kapek.
Navíc se ukázalo, že dostatečně tenké vrstvy zlata a stříbra mění elektrickou vodivost a 2D zlato se nakonec chová jako polovodič. To, že ve 2D se elektrony mohou pohybovat jinak než v běžné verzi té samé látky (atomu, molekuly), již víme. Nicméně původní teoretické úvahy/simulace vedly k názoru, že i 2D zlato by mělo být stále vodivé jako kov – je proto možné, že za elektrické vlastnosti nyní nemůže jen samotné zlato, ale i interakce jeho atomů s karbidem křemíku nebo grafenem. Jakmile ovšem provedeme sublimaci zlata za změněného uspořádání tak, aby vznikla vrstva dvou atomů, již ani okolní látky nemají na jeho kovový charakter vliv a zlatý polovodič se nevytvoří.
Uvedené výsledky mohou najít uplatnění v mikroelektronice nebo v technologiích senzorů – komponenty by mohly své funkčnosti dosahovat například tak, že by se v nich jednoatomové a dvouatomové vrstvy zlata různě střídaly.
A můžeme se také vrátit i k tomu, jak zlato ovlivňuje vlastnosti přiloženého grafenu. Jednoatomová vrstva zlata způsobuje, že grafen je elektrony dotován, když se grafenu dotýkají dvě vrstvy zlata, naopak v něm začne převládat děrová vodivost. Opět se tu nabízí možnost dosáhnout střídáním jedno a dvojatomových vrstev zlata zajímavé funkčnosti, navíc zlato také v grafenu zvyšuje interakci plazmonů (kvazičástic odpovídajících oscilacím elektronů) s elektromagnetickým zářením.
Vedle zlata se podobné experimenty provedly i se stříbrem. Také zde ve stejném uspořádání získalo monoatomární stříbro vlastnosti polovodiče. Stříbro má za těchto podmínek navíc zřejmě vyšší šířku zakázaného pásu a vodivost 2D stříbra (tedy: 2D stříbra v sendviči z karbidu křemíku a grafenu) by měla být méně závislá na teplotě.

Stiven Forti et al. Semiconductor to metal transition in two-dimensional gold and its van der Waals heterostack with graphene, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15683-1
Philipp Rosenzweig et al. Large-area synthesis of a semiconducting silver monolayer via intercalation of epitaxial graphene, Physical Review B (2020). DOI: 10.1103/PhysRevB.101.201407
Zdroj: Max Planck Society/Phys.org

Kapky tančí bez vnějšího zdroje energie

Řídit pohyb kapaliny po různých površích má smysl v celé řadě aplikací včetně těch, které …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close