Из двумерных материалов создали совершенно новые трехмерные
2D-материалы обладают множеством интересных свойств, но из-за их толщины на практике их применять очень сложно. Ученые нашли способ создать из них трехмерную структуру, которую можно использовать в квантовой связи и вычислительных устройствах
Двумерные материалы, такие как графен и дисульфиды молибдена и вольфрама, состоят из слоев толщиной в один атом, в которых электроны могут двигаться в двух измерениях, но в третьем свобода их передвижения ограничена. Благодаря этому «сжатию» электронов 2D-материалы обладают хорошими оптическими и проводящими свойствами. Это делает такие соединения перспективными для создания компактных устройств связи, визуализации и квантовых вычислений.
Как правило, для всех этих применений 2D-материалы используют в виде одиночных слоев. Однако их низкая толщина играет с ними злую шутку — устройства на их основе получаются ненадежными из-за низкой прочности материала на разрыв. Кроме того, низкая толщина не позволяет использовать свойства этих материалов в полной мере, например, при преобразовании света в электроэнергию. Чтобы преодолеть этот недостаток, исследователи начинают искать новые способы складывания 2D-материалов в сложные 3D-композиции.
В новой работе исследователи смогли впервые получить из двумерного дисульфида вольфрама (WS2) трехмерный материал с сильно отличающимися свойствами. Для этого авторам пришлось заменить некоторые атомы серы в материале кислородом, что позволило «склеить» несколько слоев в единую структуру. В новой композиции слои пересекаются, сливаются в один и даже скручиваются.
При изучении полученной композиции ученые заметили интересные эффекты при переходе от 2D к 3D-форме. Например, исследователи обнаружили у нового материала очень сильные нелинейно-оптические свойства — он смог эффективно изменить длину волны лазерного излучения. Теперь авторы хотят использовать этот материал в кремниевых волноводах, чтобы проверить его перспективность в квантовой связи.
Самое интересное, что удалось обнаружить исследователям — изменение энергетического ландшафта при переходе от двумерной формы к трехмерной. По словам ученых, это доказательство того, что полученная структура является не просто наложенными друг на друга слоями, а новым материалом с уникальными свойствами.
Об открытии ученые сообщили в статье журнала Laser & Photonics Reviews.
