Российские физики предложили создать "солёный графен"

Учёные из МФТИ, Сколтеха и Университета Райса (США) рассчитали, как можно заставить кристаллическую соль расщепиться на графеноподобные слои. Созданный таким образом материал, как считается, пригодится в создании электроники. Соответствующая статья опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

Когда кристаллический материал из трёхмерного становится двумерным (плоским), его свойства, в первую очередь электронные, резко меняются. Графен — первый открытый материал такого рода — состоит из одних только атомов углерода, в то время как для ряда целей эффективнее использовать соединения, включающие атомы двух типов.

Чтобы превратить трёхмерный материал в двумерный, нужно пропустить его через процесс "графитизации". Для этого необходимо последовательно уменьшать число слоёв вдоль главной диагонали кубика. Тогда одна поверхность кристалла будет состоять из натрия Na, а вторая — из хлора Cl.

Шарики в узлах кристаллической решётки имеют заряды: +1 для Na и -1 для Cl. Пока заряды разных знаков, они достаточно далеко друг от друга и скомпенсированы, то есть соль имеет кубическую кристаллическую решётку, структуру, наблюдаемую в каждой солонке. Но когда слоёв становится меньше какого-то критического числа, появляется дипольный момент, который образуют противоположно заряженные поверхности. Структура материала стремится избавиться от дипольного момента, повышающего его энергию. Это приводит к перестройке атомов таким образом, чтобы поверхности стали нейтральными — что возможно только для плоской шестигранной графеновой структуры, а не обычной объёмной (кубической).

Исследователи определили зависимость поверхностной энергии плёнок солей от числа их слоёв, чтобы рассчитать число слоёв, при котором происходит переход от кубической к гексагональной фазе.

Выяснилось, что для всех солей натрия Na критическим оказалось значение примерно в 11 слоёв, а для солей лития Li — от 19 до 27 слоёв. Эти данные после экспериментальной проверки позволят создавать соли с графеновой структурой и уникальными свойствами.