Sciencemag.cz
Doporučujeme
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
