Физики впервые получили двумерный теллур
К славному семейству 2D-материалов добавился теллурен (двумерный теллур). Благодаря большому количеству электронов в атоме он имеет уникальные свойства, которые не присущи его более лёгким собратьям.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале 2D Materials группой во главе с Эмеем Апте (Amey Apte) из Университета Райса в США.
Интересно, что целью группы не было получение теллурена. Исследователей интересовал дителлурид вольфрама.
"Похоже, я попытался найти цент, а вместо этого нашел доллар", – признаётся Апте.
Налаживая процесс получения нужного вещества, учёные обратили внимание на странные тонкие плёнки, образовавшиеся в качестве побочного продукта. Оказалось, что они состоят из чистого теллура.
У физиков получился материал двух видов. Во-первых, относительно толстая плёнка (толщиной шесть нанометров), фрагменты которой имели площадь в несколько квадратных сантиметров. Во-вторых, настоящий двумерный материал толщиной в три атомарных слоя (в сумме менее нанометра) гораздо меньшей площади.
Открытие заинтересовало авторов. Двумерные материалы знамениты своими уникальными свойствами, но теллурен выделяется даже на их фоне. Дело в том, что большинство известных 2D-материалов состоит из достаточно лёгких атомов (например, знаменитый графен состоит из атомов углерода). Между тем атом теллура довольно тяжёлый: он содержит 52 протона и, соответственно, столько же электронов. В столь сложной системе сильно проявляется спин-орбитальное взаимодействие, которым в более лёгких атомах можно пренебречь. Поэтому двумерный материал из теллура будет проявлять экзотические квантовые свойства.
Учёные разработали две технологии получения тонких плёнок из теллура. Материал толщиной в несколько нанометров можно создать, облучая теллур лазером при комнатной температуре и в вакууме. Лазерное излучение вырывает из образца атомы, которые затем осаждаются на подложку из оксида магния.
Трёхатомный слой получается методом осаждения из паровой фазы. Для этого теллур нагревают до 650 градусов Цельсия, а затем образовавшийся "пар" конденсируется.
Теллурен толщиной в один атом имеет гексагональную (шестиугольную) кристаллическую решётку. Однако ячейки одноатомных слоев в трёхслойном материале могут быть несколько смещены друг относительно друга. Это приводит к тому, что трёхслойный теллурен может иметь разное строение и разные электронные и оптические свойства.
Авторы рассчитали возможные варианты, а потом просканировали образцы с помощью мощного электронного микроскопа. Наблюдения показали полное согласие с теорией.
Добавим, что теллурен интересен не только с точки зрения фундаментальной науки. Он мог бы стать основой эффективных солнечных батарей и другой техники, манипулирующей светом и ближним инфракрасным излучением. Пригодится он также в спинтронике, магнитоэлектронике, термоэлектрических устройствах и так далее.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о двумерном галлии и о 2D-материалах на основе многих других веществ, а также о способе получать их быстро и дёшево.
