Физики впервые получили двумерный теллур

Теллур √ довольно тяжёлый элемент по сравнению с теми, которые обычно становятся основой 2D-материалов. Это придаёт теллурену уникальные и потенциально полезные свойства.

Фото Wikimedia Commons.

Как это часто бывает, двумерный теллур оказался случайным продуктом попыток синтезировать другой материал.

Иллюстрация Ajayan Research Group/Rice University.

Одноатомные слои теллурена могут быть сдвинуты друг относительно друга. В результате получаются материалы с разным строением.

Иллюстрация Ajayan Research Group/Rice University.

К славному семейству 2D-материалов добавился теллурен (двумерный теллур). Благодаря большому количеству электронов в атоме он имеет уникальные свойства, которые не присущи его более лёгким собратьям.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале 2D Materials группой во главе с Эмеем Апте (Amey Apte) из Университета Райса в США.

Интересно, что целью группы не было получение теллурена. Исследователей интересовал дителлурид вольфрама.

"Похоже, я попытался найти цент, а вместо этого нашел доллар", – признаётся Апте.

Налаживая процесс получения нужного вещества, учёные обратили внимание на странные тонкие плёнки, образовавшиеся в качестве побочного продукта. Оказалось, что они состоят из чистого теллура.

У физиков получился материал двух видов. Во-первых, относительно толстая плёнка (толщиной шесть нанометров), фрагменты которой имели площадь в несколько квадратных сантиметров. Во-вторых, настоящий двумерный материал толщиной в три атомарных слоя (в сумме менее нанометра) гораздо меньшей площади.

Как это часто бывает, двумерный теллур оказался случайным продуктом попыток синтезировать другой материал.

Открытие заинтересовало авторов. Двумерные материалы знамениты своими уникальными свойствами, но теллурен выделяется даже на их фоне. Дело в том, что большинство известных 2D-материалов состоит из достаточно лёгких атомов (например, знаменитый графен состоит из атомов углерода). Между тем атом теллура довольно тяжёлый: он содержит 52 протона и, соответственно, столько же электронов. В столь сложной системе сильно проявляется спин-орбитальное взаимодействие, которым в более лёгких атомах можно пренебречь. Поэтому двумерный материал из теллура будет проявлять экзотические квантовые свойства.

Учёные разработали две технологии получения тонких плёнок из теллура. Материал толщиной в несколько нанометров можно создать, облучая теллур лазером при комнатной температуре и в вакууме. Лазерное излучение вырывает из образца атомы, которые затем осаждаются на подложку из оксида магния.

Трёхатомный слой получается методом осаждения из паровой фазы. Для этого теллур нагревают до 650 градусов Цельсия, а затем образовавшийся "пар" конденсируется.

Теллурен толщиной в один атом имеет гексагональную (шестиугольную) кристаллическую решётку. Однако ячейки одноатомных слоев в трёхслойном материале могут быть несколько смещены друг относительно друга. Это приводит к тому, что трёхслойный теллурен может иметь разное строение и разные электронные и оптические свойства.

Одноатомные слои теллурена могут быть сдвинуты друг относительно друга. В результате получаются материалы с разным строением.

Авторы рассчитали возможные варианты, а потом просканировали образцы с помощью мощного электронного микроскопа. Наблюдения показали полное согласие с теорией.

Добавим, что теллурен интересен не только с точки зрения фундаментальной науки. Он мог бы стать основой эффективных солнечных батарей и другой техники, манипулирующей светом и ближним инфракрасным излучением. Пригодится он также в спинтронике, магнитоэлектронике, термоэлектрических устройствах и так далее.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о двумерном галлии и о 2D-материалах на основе многих других веществ, а также о способе получать их быстро и дёшево.