Мнение физиков: 1+1 не всегда равно двум

При этом мы по-прежнему будем располагать двумя отдельными объектами, которые, в принципе, можно развести обратно. Взаимодействие между ними обусловлено вандерваальсовыми силами — относительно слабым межатомным электромагнитным взаимодействием. В результате получается новый материал (гетероструктура), свойства которого определяются не столько его химическим составом, сколько расположением слоев. Двух- (и более) -слойную пленку можно изгибать и закручивать — и это тоже приводит к изменению ее физических свойств.

Подобные эксперименты уже много лет проводятся на графене, но графен в данном случае не очень интересен. В привычных нам условиях у него нет запрещенной зоны, превращающей вещество в полупроводник, для ее создания требуются специальные усилия. Но, есть и другие материалы.

В данном случае исследователи из Шеффилдского университета (Великобритания) использовали гетероструктуры Ван-дер-Ваальса, изготовленные из дихалькогенидов переходных металлов. Здесь уместно небольшое отступление. Халькогены — это химические элементы 16-группы таблицы Менделеева: столбик, начинающийся с кислорода и серы сверху и пока заканчивающийся радиоактивным ливерморием. Переходных металлов много, в быту мы ближе всего знакомы с медью, молибденом и цинком.

Исследователи сложили «бутерброд» из слоев дисиленида молибдена (MoSe2) и дисульфата вольфрама (WS2). Проводимость образовавшегося материала периодически изменялась совершенно так же, как появляется муаровый эффект на двух сложенных тюлевых занавесках.

Как сформулировал профессор Александр Тартаковский из Шеффилдского университета, материалы влияют друг на друга и изменяют свойства друг друга, и их следует рассматривать как совершенно новый метаматериал с уникальными свойствами, поэтому один плюс один не дает два. Ученые также обнаружили, что степень гибридизации сильно зависит от скручивания «бутерброда», в ходе которого меняется расстояние между атомными решетками каждого слоя.

«Мы обнаружили, что при скручивании слоев в гетероструктуре возникает новая надатомная периодичность, называемая муаровой сверхрешеткой, — говорит Тартаковский. Муаровая сверхрешетка с периодом, зависящим от скручивания, определяет способ гибридизации свойств двух полупроводников».

Профессор Тартаковский добавил: «Появляется более сложная картина взаимодействия атомарно тонких материалов в гетероструктурах Ван-дер-Ваальса. Это интересно, так как дает возможность получить доступ к широкому диапазону свойств материала, таких как настраиваемая скручиванием переменная электропроводность, оптические свойства, магнетизм и т. д. Это может и будет использоваться в качестве новых степеней свободы при разработке устройств на основе двумерных материалов».

Ознакомиться с подробностями можно в статье, опубликованной в Nature.