2D materiály: Superatomy, 3D grafen a 1D materiály

Pavel Houser , 15. červenec 2018 09:30 0 komentářů
2D materiály: Superatomy, 3D grafen a 1D materiály

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. Souhrn novinek zahrnuje mimo jiné superatom ze 13 atomů hliníku, trojrozměrný polokov a 1D materiály.

Superatomy

Jako superatomy („falešné prvky“) označujeme clustery, které vykazují určité vlastnosti jiných atomů – např. elektrochemické nebo magnetické. Působí to velmi exoticky, a to i na chemiky: Cluster z 13 atomů hliníku se např. chová z pohledu vlastností svých valenčních elektronů jako jód, 14 atomů hliníku zase odpovídá vápníku.

Superatomy by mohly podstatně rozšířit i paletu 2D materiálů a jejich vlastností. Xinjue Zhong a její kolegové z hned několika vědeckých institucí (Columbia University, francouzské CNRS, Italský technologický institut...) tvrdí, ýe bychom takto mohli brzy získat rozsáhlou sadu funkčních materiálů přesně vyladěných na míru pro různé elektrické, optické i magnetické aplikace.

Problém až dosud byl superatomy ve 2D podobě vůbec připravit. Nakonec se to podařilo u „molekuly“ Re6Se8Cl2, která je kupodivu známa už od 80. let minulého století. Atomy ve vrstvě jsou v tomto případě spojeny silnými kovalentními vazbami, ale vazby mezi vrstvami jsou slabé – podobně jako v grafitu. 2D vrstvu lze pak získat bez toho, aby se speciální supertomární struktura rozpadla. Už pomocí lepicí pásky se dá takto připravit i vločky tenké pouhých 15 nm a pomocí dalších technik i opravdu monoatomární struktura. Současně se podařilo částečně pomocí výpočtů a částečně měřením stanovit i základní fyzikální konstanty toho 2D materiálu, vazebné energie, zakázané pásy apod.

Bismutid sodíku: směrem do 3D

Sloučenina Na3Bi může mít podle vědců z ARC Centre of Excellence mnohé unikátní vlastnosti, jimiž připomíná grafen i topologické izolátory. Na rozdíl od grafenu je obrovská mobilita/rychlost elektronů k dispozici nejen ve 2D vrstvě, ale i celém objemu 3D materiálu. Z tohoto hlediska lze bismutid sodný popsat jako „3D grafen“. Bismutid sodný lze rovněž poměrně snadno vyrábět na rozměrech v řádu milimetrů.

Jinak se má na rozdíl od grafenu jednat o „trojrozměrný topologický Diracův polokov“, respektive do budoucna i „topologický tranzistor“, kdy se elektrické vlastnosti materiálu mění podle místa (obvod/povrch vs. vnitřek, proud se vede pouze po povrchu). Účinkem vnějšího napětí nebo magnetického pole lze vlastnosti Na3Bi také dále přepínat. Na rozdíl od přepínání klasického tranzistoru jsou tyto procesy podstatně méně energeticky náročné, čili příslušné prvky by mohly být základem velmi úsporné elektroniky.

1D materiály

Technologové z University of California v Riverside připravili drátek, v němž lze dosáhnout 50krát vyšší proudové hustoty než v mědi. Studie ((hlavní autoři A. Balandin a A. Geremew)) popisuje vlastnosti sloučeniny ZrTe3 (tellurid zirkonový), respektive krystaly tohoto typu mají mít v 1D podobě vlastnosti, které výrazně předčí kovové vodiče a dosahuje parametrů, jichž se doposud podařilo dosáhnout pouze v grafenu nebo v uhlíkových nanotrubičkách. S miniaturizací tranzistorů by tak mohlo držet krok i jejich napájení.

Otázkou samozřejmě je syntéza 1D materiálů. Autoři výzkumu uvádějí, že jednou by by se mohly molekuly spojovat v kanálcích o průměru kolem nanometru. Druhou možností je pomocí nějaké další nanotechnologie skládat řetězec opravdu molekulu po molekule. Pro výrobu 1D materiálů v průmyslovém měřítku by bylo ideální, kdyby syntéza „drátku“ mohla probíhat přímo na čipu.


Komentáře

RSS 

Komentujeme

Agilita a devops, přepracování a vyhoření

Pavel Houser , 12. červenec 2018 12:30
Pavel Houser

Michael Cote na The Register upozorňuje na častý problém: nové „agilní“ metody vývoje, všechny příst...

Více







RSS 

Zprávičky

50 let Intelu

ČTK , 16. červenec 2018 09:06

Intel nejprve produkoval paměti typu RAM, ale na počátku sedmdesátých let se firma rozhodla rozšířit...

Více 0 komentářů

USA zrušily zákaz dodávek amerického zboží čínské ZTE

ČTK , 14. červenec 2018 08:00

Firma již v rámci urovnání sporu s americkou vládou souhlasila, že zaplatí pokutu miliardy dolarů....

Více 0 komentářů

Trh PC ve 2. čtvrtletí rostl, tvrdí Gartner i IDC

ČTK , 13. červenec 2018 16:35

Růst odbytu táhla zejména poptávka firemního segmentu podpořená operačním systémem Windows 10....

Více 0 komentářů

Kalendář

04. 08.

09. 08.
Black Hat USA 2018
09. 08.

12. 08.
DEF CON 26
06. 09.

07. 09.
Humusoft Technical Computing Camp 2018

Starší zprávičky

Polovina kryptoměnových firem zanikne během čtyř měsíců od ICO

ČTK , 13. červenec 2018 10:09

Nejlepší strategií je prý mince v primární nabídce koupit a hned první den obchodů na otevřeném trhu...

Více 0 komentářů

Americká vláda se odvolává proti fúzi AT&T a Time Warner

ČTK , 13. červenec 2018 10:07

Ministerstvo se odvolalo proti červnovému rozhodnutí soudu, který spojení posvětil přes dřívější nám...

Více 0 komentářů

Německý soud: Rodiče mají mít přístup k facebooku mrtvé dcery

ČTK , 13. červenec 2018 09:00

Facebook nechtěl obsah účtu dívky otevřít, protože i její přátelé údajně spoléhali na to, že jejich ...

Více 1 komentářů

Broadcom koupí za 18,9 miliard dolarů CA Technologies

ČTK , 12. červenec 2018 13:01

Akvizice jsou důležité pro expanzi Broadcomu. Výběr firmy CA je však pro analytiky překvapením....

Více 0 komentářů