2D materiály už zdaleka neznamenají jenom samotný grafen. Rovněž množství jejich aplikací i dalších vlastností je velmi široké, najdeme mezi nimi vodiče, polovodiče, topologické izolátory i látky feromagnetické. Na Pennsylvania State University se soustředili na problém, že připravené 2D materiály často nemají jednotné parametry. Vědci z MITu a Harvardu doložili další unikátní vlastnost grafenu.
Ladění výroby
Na Pennsylvania State University se soustředili na problém, že připravené 2D materiály často nemají jednotné parametry. Týká se to nejčastější průmyslově používané metody, tedy desublimace z plynu na podkladový substrát (chemical vapor deposition, CVD). Naproti tomu postupné odlupování vrstviček sice vede ke vzniku vysoce kvalitních materiálů, je to však pomalé/drahé a těžko takto realizovat výrobu v průmyslovém měřítku.
Joshua Robinson a jeho kolegové se soustředili na sulfid molybdeničitý MoS2 (molybdenit), vytvářený ukládáním na safírový substrát. Safír je chemicky oxid hlinitý. Tam, kde se ukládaný MoS2 dotýkal atomů hliníku, předávala podkladová vrstva elektrony. Výsledně pak film i po sloupnutí z podkladu měl jiné elektrochemické i optické vlastnosti, které snižovaly jeho využitelnost ve fotovoltaice i při výrobě optických senzorů. Výzkumníci poté upravili safír tak, aby na dotyku s MoS2 nacházely spíše atomy kyslíku než hliníku a parametry výsledného 2D materiálu se hned zlepšily o 2 řády. Další inovací bylo přidání rhenia do 2D materiálu v celkovém podílu až do 1 %.
2D sulfid molybdeničitý má oproti grafenu pro některé aplikace výhodu např. ve větším zakázaném pásu, jehož hodnotu lze navíc dále snadno ladit při výrobě nebo i přepínat pouhou změnou tlaku.
Opět grafen – magický úhel
Vědci z MITu a Harvardu doložili další unikátní vlastnost grafenu: na jednu stranu může fungovat jako supravodič, na stranu druhou se však může stát totálním izolantem, v němž je pohyb elektronů zcela zablokován.
V minulosti se již podařilo připravit supravodivý grafen tak, že se dotýkal jiného supravodiče (kovu) a jeho vlastnosti „zdědil“, tentokrát jde ale o první supravodič čistě na bázi uhlíku. Postup byl přitom překvapivě jednoduchý – stačilo položit na sebe dvě vrstvy grafenu a pootočit vůči sobě o 1,1 stupně. Pouze v případě tohoto jediného úhlu vzniknou mezi elektrony v obou vrstvách „silně korelované interakce“ a materiál se pak chová jako tzv. Mottův izolátor (ten je definován tak, že zde elektron-elektronové interakce zcela brání přeskokům elektronů mezi atomy). Když se pak ale přidá vnější zdroj elektronů, ty přes materiál tečou bez odporu. Stačí přitom úhel natočení změnit jen o 0,2 stupně a veškerá fyzikální kouzla jsou pryč, tj. Hodnota 1,1 je opravdu „magická“.
Vedoucí jednoho z výzkumných týmů Pablo Jarillo-Herrero z MITu uvádí, že tranzistor přepínaný mezi supravodičem a Mottovým izolátorem by mohl najít uplatnění např. pro kvantové aplikace. Mottovy izolátory se pro vytváření vysokoteplotních supravodičů používaly už v minulosti. Připojením kyslíku k materiálu se již dříve podařilo dosáhnout supravodivosti při 100 K. Právě odtud se inspirovali i autoři nového výzkumu, pouze namísto pomocí kyslíku měnili elektrické vlastnosti materiálu přímo přidáním dodatečných elektronů. Ačkoliv experimenty probíhaly za teplot blízkých absolutní nule, podle vědců dává grafen naději na dosažení supravodivosti i za pokojové teploty.
