Sciencemag.cz
Doporučujeme
2,5D materiály je, když nic jiného, hezký pojem. Neznamená neceločíselnou dimenzi ve smyslu fraktálů, ale různé kombinace 2D monovrstev, ať už se sebou navzájem nebo s dalšími látkami včetně těch „běžných objemových“.
Hiroki Ago z japonské Kyushu University a jeho kolegové nyní v Science and Technology of Advanced Materials publikovali na toto téma souhrnnou studii.
Mezi 2,5 materiály tam můžeme zařadit populární dvoj- či trojvrstvy grafenu, navíc i vůči sobě pootočené pod konkrétními úhly (oblíbený magický úhel 1,1° spojený s objevením supravodivosti…), vše přitom drží pohromadě pouze relativně slabé van der Waalsovy síly. 2D materiály lze integrovat i s ionty, nanotrubičkami nebo běžnými krystaly.
Běžnou metodou výroby 2,5D materiálů je chemická depozice z par (CVD, chemical vapor deposition), při které se na pevný povrch nanáší jedna vrstva po druhé. Mezi běžně používané stavební kameny 2,5D materiálů patří vedle grafenu především hexagonální nitrid bóru (hBN) a dichalkogenidy přechodných kovů (TMDC). Jde přitom o běžně používané materiály, alespoň v objemové podobě (nitrid bóru letectví/strojírenství, dichalkogenidy přechodných kovů v polovodičovém průmyslu).
Pokud pomineme struktury pouze z grafenu, zajímavá je vrstva grafenu a hBN, kde vzniká kvantový Hallův jev. Viz také: Kvantový Hallův jev v grafitu
Skládání TMDC na sebe zase zachycuje excitony (elektrony spárované s přidruženými dírami ve vázaném stavu) v překrývajících se mřížkových vzorech, které by mohly sloužit pro ukládání informací. Nové techniky robotické montáže také umožnily vytvářet složitější vertikální struktury, včetně například stohované heterostruktury sestávající z 29 střídajících se vrstev grafenu a hBN.
Jiný výzkum využil nanoprostory, které vznikají mezi vrstvami 2,5D materiálu, k vkládání molekul a iontů za účelem zlepšení elektrických, magnetických a optických vlastností hostitelského materiálu. Mezi vrstvy grafenu lze vkládat např. ionty lithia, což vede vede k jejich rychlejší difúzi než u grafitu, a to by zase mohlo vést k výkonnější lithiové baterii. Na toto téma viz také: Anodu budoucích baterií by mohl tvořit ne grafit ani grafen, ale grafdiyn
Podobných sendvičových struktur lze připravovat a podrobněji zkoumat celou řadu. Jak se ukázalo, vložení molekul chloridu hlinitého mezi dva listy grafenu vede k vytvoření nových krystalických struktur, které jsou zcela odlišné od objemového krystalu chloridu hlinitého. Podobně lze upravovat i vlastnosti dalšího kovového halogenidu, chloridu železitého.
Hiroki Ago et al, Science of 2.5 dimensional materials: paradigm shift of materials science toward future social innovation, Science and Technology of Advanced Materials (2022). DOI: 10.1080/14686996.2022.2062576
Zdroj: Kyushu University / Phys.org
