Революционный шаг: золото становится двумерным
Современная наука снова совершила прорыв благодаря исследователям из МФТИ, которым удалось создать сверхтонкую двумерную структуру золота. Этот инновационный материал образуется при осаждении атомов золота на специальную подложку, выполненную из сульфида молибдена — соединения серы и молибдена. Полученные "плоские" золотые пленки толщиной всего в несколько нанометров открывают дорогу к появлению совершенно новых типов прозрачной электроники — более гибкой, легкой и эффективной.
Долгий путь к открытию двумерных материалов
Еще недавно среди ученых господствовало убеждение, что в природе возможны лишь трехмерные кристаллические структуры, и двумерные вещества с высотой в один атом оставались лишь теоретической фантазией. Однако второй половине XX века удалось опровергнуть этот стереотип. Открытие графена стало стартовой точкой для исследований в направлении плоских материалов, обладающих особыми физическими свойствами. С тех пор были созданы десятки новых двухмерных соединений, включающих магниты и полупроводники на основе различных элементов.
Сложности на пути к плоскому металлу
Несмотря на достижения, долгое время оставалась практически неразрешимой задача создания именно "плоских" металлических материалов. В отличие от кристаллов графита или того же сульфида молибдена, металлы в природе не склонны к расслоению — их атомные слои сложно разделить на ультратонкие пластины. Традиционные методы работы с графеном и подобными полупроводниками оказались малоэффективны по отношению к металлам: попытки отделить отдельные слои золота приводили не к пленкам, а к образованию беспорядочных микро-столбиков.
Рождение двумерной золотой пленки
Преодолеть эту проблему ученым удалось благодаря использованию сульфида молибдена. В ходе экспериментов было отмечено, что атомы серы гораздо сильнее взаимодействуют с золотом, чем с углеродом, что позволило добиться формирования равномерных однородных золотых слоев толщиной в 3-4 нанометра. Эти структуры не потеряли своих выдающихся электропроводящих характеристик — напротив, они смогли сохранить их благодаря особой методике осаждения на идеально плоскую подложку. Подобные “бутерброды” можно интегрировать практически с любыми другими материалами, что еще больше расширяет горизонты применения нового открытия.
Удивительные свойства и будущие применения
Полученные слои золота на сульфиде молибдена обладают не только высокой электропроводностью, но и удивительной прозрачностью для света, что делает их особенно перспективными для производства гибких дисплеев, сенсоров и других элементов “невидимой” электроники следующего поколения. Благодаря возможности интеграции с самыми различными субстратами — как гибкими, так и твердыми — эти материалы могут быть использованы в нейрофизиологии для создания миниатюрных прямых интерфейсов между мозгом и электронными устройствами, а также в создании высокочувствительных элементов для медицинских имплантатов и носимых гаджетов будущего.
Более того, ученые уверены: их технология лишь открывает двери в перспективный мир квазидвумерных металлов. Подобные структуры обещают сыграть ключевую роль в развитии искусственного интеллекта, оптоэлектроники и нано-биоинженерии. За счет необычных свойств металлических наноматериалов на базе золота и других дорогих металлов можно ждать появления более эффективных катализаторов, биосенсоров и других важных компонентов инновационной техники.
Прозрачная электроника и ее перспективы
Благодаря исследованиям МФТИ появляются новые решения для гибкой и прозрачной электроники. Два уникальных материала — графен и сульфид молибдена — не только позволяют создавать ультратонкие электроды и контактные пластины, но и значительно расширяют конструкционные возможности для инженеров, работающих над прозрачными гибкими дисплеями, “умной” одеждой и носимыми датчиками. К тому же, новые комбинированные пленки открывают путь к производству микроскопических сенсоров, способных взаимодействовать с живыми тканями с минимальным уровнем помех.
Внематрицу инноваций дополняют возможности использования этих наноструктур в космических технологиях, сенсорных сетях, прозрачных солнечных батареях, а также в миниатюрных устройствах для диагностики и мониторинга здоровья.
Позитивный взгляд в будущее
Инновационный подход МФТИ демонстрирует, что еще вчера казавшиеся фантастикой материалы стремительно входят в научную и технологическую реальность. Успехи российских исследователей вдохновляют на дальнейшие эксперименты с другими металлами и их сочетаниями, а также вселяют уверенность в скорое появление новых поколений прозрачной, гибкой и функциональной электроники, способной существенно изменить нашу жизнь к лучшему. Современная наука уверенно смотрит вперед, прокладывая путь к технологиям будущего.
Источник: scientificrussia.ru
