Зазор представляет собой крошечный вакуум, который можно увидеть только под мощным просвечивающим электронным микроскопом. По мнению исследователей из Центра двумерных и слоистых материалов Пенсильванского университета (2DLM), разрыв является энергетическим барьером, который не позволяет электронам легко переходить из одного слоя материала в другой.«Это естественный изолирующий слой, который мать-природа встроила в эти искусственно созданные материалы», — сказал Джошуа Робинсон, доцент кафедры материаловедения и инженерии и заместитель директора Центра 2DLM. «Мы все еще пытаемся понять, как электроны движутся вертикально через эти слоистые материалы, и мы подумали, что это должно потребовать намного меньше энергии. Благодаря сочетанию теории и эксперимента мы теперь знаем, что должны учитывать этот зазор при проектировании. новые материалы ».
Впервые исследователи из Пенсильвании вырастили один атомный слой диселенида вольфрама на графеновой подложке толщиной в один атом с чистыми границами раздела между двумя слоями. Когда они попытались подать напряжение с верхнего слоя диселенида вольфрама (WSe2) на слой графена, они столкнулись с удивительно большим сопротивлением. Примерно половина сопротивления была вызвана зазором, который создавал большой барьер, около 1 электрон-вольт (1 эВ), для электронов, пытающихся перемещаться между слоями. По словам Робинсона, этот энергетический барьер может оказаться полезным при разработке электронных устройств следующего поколения, таких как полевые транзисторы с вертикальным туннелированием.
Интерес к этим ван-дер-ваальсовым материалам возник с открытием методов изготовления однослойного графита с использованием скотча для механического отщепления от массивного графита слоя углерода толщиной в один атом, называемого графеном. Сила Ван-дер-Ваальса, которая связывает слои графита вместе, достаточно мала, чтобы позволить удалить единственный атомный слой. Исследователи из Пенсильвании используют другой, более масштабируемый метод, называемый химическим осаждением из паровой фазы, чтобы нанести один слой кристаллического WSe2 поверх нескольких слоев эпитаксиального графена, выращенного из карбида кремния.
Хотя исследования графена в последнее десятилетие бурно развиваются, существует множество твердых тел Ван-дер-Вааль, которые можно комбинировать для создания совершенно новых искусственных материалов с невообразимыми свойствами.В статье, опубликованной в этом месяце в Nano Letters, команда Penn State и коллеги из UT Dallas, Военно-морской исследовательской лаборатории, Sandia National Lab и лабораторий Тайваня и Саудовской Аравии обнаружили, что слой диселенида вольфрама рос на идеально выровненных треугольных островах. Размером 1-3 микрона, которые медленно сливались в монокристалл размером до 1 квадратный сантиметр. Робинсон считает, что эти кристаллы можно будет вырастить до промышленно приемлемых размеров пластин, хотя для этого потребуется печь большего размера, чем у него сейчас в лаборатории.
«Одна из действительно интересных вещей в этом промежутке, — сказал Робинсон, — это то, что он позволяет нам выращивать выровненные слои, несмотря на то, что атомы в графене не выстраиваются в ряд с атомами в диселениде вольфрама. 23-процентное несоответствие решеток, что является огромным явлением. Мать-природа действительно ослабила правила, когда дело дошло до этих больших различий в расстоянии между атомами ».
