Материалы будущего: «интеркристаллы» меняют представление о электронике
Учёные из Университета Ратгерс сделали значительный шаг вперёд в материаловедении, представив новый класс материалов, который получил название «интеркристаллы». Это открытие может перевернуть представления о создании и управлении электронными свойствами материалов. Основой этих уникальных материалов стали два сверхтонких слоя графена толщиной всего в один атом, которые были слегка скручены друг относительно друга и размещены на слое гексагонального нитрида бора. Такое небольшое, почти незаметное смещение привело к формированию сложного узора — муарового рисунка, который радикально изменил поведение электронов в материале.
Это исследование базируется на идеях, заложенных ещё в 2009 году. Тогда впервые было показано, что скручивание слоёв графена может вызывать неожиданные электронные эффекты. Учёные заметили, что муаровые узоры способны полностью менять электронную структуру графена. Это открывало дверь в новый раздел науки — твистронику. Сейчас команда профессора Евы Андре продвинулась дальше. Они создали «интеркристаллы», обладающие уникальными свойствами. Эти свойства не характерны ни для обычных кристаллов, ни для известных квазикристаллов, открытых в 1982 году.
Обычные кристаллы имеют повторяющуюся атомную структуру, и движение электронов в них предсказуемо и стабильно. Квазикристаллы же отличаются непериодическим расположением атомов, что создаёт сложные симметрии и уникальные физические свойства. «Интеркристаллы» занимают промежуточное положение между этими двумя типами: они сохраняют симметрию, характерную для кристаллов, но обладают непериодическим порядком, как у квазикристаллов. Такая структура открывает новые возможности для управления электронами с помощью лишь геометрических параметров, без необходимости менять химический состав.
По словам профессора Андре, это открытие открывает новые горизонты в создании материалов. Управление электронными свойствами за счёт тонкой настройки геометрии слоя позволит изготавливать более эффективные транзисторы и сенсоры. Ранее такие устройства требовали сложных многокомпонентных структур и долгих технологических процессов. Теперь же «интеркристаллы» позволяют достичь нужных свойств намного проще и точнее. Например, в будущем целые электронные схемы смогут работать на атомном уровне, где каждая функция — переключение, регистрация или передача сигнала — будет управляться с высокой точностью.
Интересно отметить, что «интеркристаллы» создаются из распространённых и экологически безопасных элементов — углерода, бора и азота. Это особенно важно в условиях возрастающего внимания к устойчивому развитию и экологической безопасности в технологиях. Таким образом, новые материалы не только технологичны, но и экологически дружественны, что делает их перспективными для массового производства и широкого применения.
Среди удивительных свойств «интеркристаллов» — появление сверхпроводимости и магнетизма, которые в обычных кристаллах не наблюдаются. Эти явления открывают путь к созданию новых квантовых устройств и сенсоров. Кроме того, они способствуют усовершенствованию элементов квантовых компьютеров. Учёные прогнозируют, что в ближайшие годы развитие этого направления приведёт к революционным изменениям. Особенно это коснётся электроники и информационных технологий.
Если провести аналогию, обычный кристалл можно представить как идеально упорядоченный город с регулярной планировкой улиц. В таком городе все здания стоят ровно и одинаково. Квазикристалл — это уже другой город. Там архитектура необычная, но всё же закономерная. Повторяются лишь отдельные мотивы. А «интеркристалл» — это город, который сочетает в себе элементы порядка и хаоса. Благодаря этому он создаёт уникальную гармонию. Более того, открывает новые возможности для «жизни» электронов внутри материала.
Анализируя перспективы, стоит отметить, что развитие «интеркристаллов» может стать фундаментом для новой волны технологических прорывов. Благодаря возможности точного управления электронными свойствами инженеры смогут создавать новые устройства. Они будут обладать улучшенной энергоэффективностью. Кроме того, устройства будут работать с большей скоростью обработки данных. Также они станут более устойчивыми к внешним воздействиям. Это особенно актуально сегодня. Ведь мы живём в эпоху, когда требуются быстрые, компактные и экологичные решения для вычислительной техники и связи.
Открытие «интеркристаллов» — это значимый этап в материаловедении, который продолжает традиции научных открытий, изменяющих мир. Как когда-то кристаллы и полупроводники стали основой современной электроники, так и «интеркристаллы» могут стать ключом к новым технологиям будущего. Всё указывает на это. В ближайшие годы мы увидим активное развитие этого направления. Более того, материалы на их основе найдут широкое применение в самых разных областях — от квантовых компьютеров до бытовой электроники.
