Противоинтуитивное явление, называемое ауксетическим поведением, широко изучалось в инженерных структурах, которые могут иметь потенциальное применение в медицине, тканевой инженерии, бронежилетах и «усилении усиленной брони»."
Однако до сих пор такое поведение не было подтверждено в природных материалах, сказал Пейде Йе, Ричард Дж. Из Университета Пердью. и Мэри Джо Шварц профессор электротехники и вычислительной техники.
Ауксетическое поведение было обнаружено в материале под названием черный фосфор.
Это явление регулируется фундаментальным механическим свойством материалов, называемым коэффициентом Пуассона, который характеризует поведение материала при растяжении. Большинство материалов при растяжении становятся тоньше, а при сжатии — толще, и говорят, что они имеют положительный коэффициент Пуассона.
«Отрицательный коэффициент Пуассона теоретически возможен, но до сих пор, за редким исключением структур, созданных руками человека, не наблюдалось экспериментально в каких-либо природных материалах», — сказал Йе. "Здесь мы показываем, что отрицательный коэффициент Пуассона существует в природном материале — черном фосфоре."
Результаты подробно описаны в исследовательской статье, опубликованной в сентябре. 23 в журнале Nano Letters.
«До сих пор не было экспериментальных доказательств, поскольку измерение внутренней деформации в ауксетических материалах, в частности на атомном уровне, чрезвычайно сложно», — сказал Йе.
Исследователи использовали метод, называемый рамановской спектроскопией, для документирования отрицательного коэффициента Пуассона в чрезвычайно тонких отдельных слоях черного фосфора, называемых фосфором. Исследование проводилось в Центре нанотехнологий Бирка в парке открытий Пердью.
Статья Nano Letters была написана докторантом Yuchen Du; бывший научный сотрудник постдокторантуры Джесси Маассен; аспиранты Вангран Ву и Чжэ Луо; Сяньфань Сюй, Джеймс Дж. и Кэрол Л. Шаттлворт профессор машиностроения и профессор электротехники и вычислительной техники; и Е. Ду провел большую часть экспериментов. Маассен выполнил критическую для исследования теоретическую работу. Сейчас он доцент физики в Университете Далхаузи в Новой Шотландии, Канада.
Исследователи сосредоточились на уникальной морщинистой кристаллической структуре материала, в которой атомы расположены волнообразно. Как и кремний, этот материал обладает шириной запрещенной зоны, что важно для способности полупроводника включаться и выключаться в электронных схемах. Материал также имеет относительно высокую «подвижность носителя», что означает, что он очень проводящий и может быть полезен для технологических приложений.
Будущие исследования будут включать в себя работу по выяснению того, существует ли отрицательный коэффициент Пуассона в других так называемых «двумерных» материалах, включая чрезвычайно тонкие слои графита, называемые графеном.
