Графен - уникальный, не имеющий равных по прочности материал. Его высокая тепло и электро проводимость делает его практически универсальным. В 2010 году за его открытие была присуждена Нобелевская премия. Но не все тайны этого уникального и универсального материала раскрыты.
Исследователи Университета Амстердама и Нью-Йоркского университета изучают атомы, составляющие двухмерные графеновые решетки.
Учёные пришли к выводу, что решающее значение для особых свойств этих двухмерных материалов имеют дефекты — места, где кристаллическая структура несовершенна. Там нарушается упорядоченное расположение слоя атомов и локально изменяется координация атомов.
Несмотря на то, что было показано, что дефекты имеют решающее значение для свойств материала, и они почти всегда либо присутствуют, либо добавлены намеренно, мало что известно о том, как они образуются и как они развиваются во времени. Причина этого проста: атомы слишком малы и движутся слишком быстро, чтобы следовать за ними напрямую.
Стремясь сделать видимыми дефекты в графеноподобных материалах, группа исследователей из Института физики Университета штата Калифорния и Нью-Йоркского университета нашла способ построить микрометровые модели атомарного графена. Для этого они использовали так называемые «пятнистые частицы».
Эти частицы — достаточно большие, чтобы их можно было легко увидеть в микроскоп, и достаточно маленькие, чтобы воспроизвести многие свойства реальных атомов — взаимодействуют с той же координацией, что и атомы в графене, и образуют ту же структуру. Исследователи построили модельную систему и использовали ее, чтобы получить представление о дефектах, их образовании и эволюции во времени. Их результаты были недавно опубликованы в Nature Communications .
Таким образом, модельная система не только позволяет перестроить решетку графена в большем масштабе для всех видов приложений, но и прямые наблюдения также позволяют получить представление об атомной динамике в этом классе материалов. Поскольку дефекты занимают центральное место в свойствах всех атомарно тонких материалов, эти непосредственные наблюдения в модельных системах помогают в дальнейшей разработке атомных аналогов, например, для применения в сверхлегких материалах, оптических и электронных устройствах.
