Российские и японские ученые разработали метод стабилизации двумерных материалов, основанных на оксиде меди (CuO), с использованием графена.
Эти материалы являются перспективными для использования в спинтронике. Существует вероятность, что они будут включены в конструкцию квантовых компьютеров, разработка которых находится на завершающей стадии. Результаты исследования были опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C.
В последнее время к семейству двумерных материалов присоединился новый класс — монослои оксидов и карбидов переходных металлов, которые активно изучаются как теоретически, так и экспериментально. Уникальная структура и химико-физические характеристики делают эти материалы привлекательными для исследователей.
Для исследователей представляет особый интерес формирование уникальной прямоугольной двумерной структуры оксида меди, которая не встречается в кристаллической (трехмерной) форме. В отличие от большинства известных или недавно открытых двумерных материалов, ее решетка не соответствует решетке их трехмерных аналогов. Потенциальное применение перспективных монослоев пока затруднено из-за их невысокой стабильности.
Ученым из МИСиС, ИБХФ, Сколтеха и Национального института материаловедения в Японии (NIMS) удалось экспериментально наблюдать двухмерные материалы на основе оксида меди с нетипичной кристаллической структурой, расположенные внутри структуры из двухслойного графена.
«Не менее значимо то, что наше исследование продемонстрировало, как взаимодействие и формирование общей границы между оксидом меди и графеновой нанопорой приводит к стабилизации небольшого двумерного кластера оксида меди с прямоугольной решеткой.
Краевые эффекты, связанные с границами, оказывают значительное влияние на стабильность небольшого кластера оксида меди, приводя к его деформации и разрушению плоской двумерной структуры. Кроме того, как было установлено, соединение чистого металла (существование которого невозможно в форме плоского кластера) с двухслойным графеном повышает стабильность металлического 2D-слоя», — поясняет старший научный сотрудник Сколтеха Александр Квашнин.
Расчеты, выполненные с применением эволюционного алгоритма USPEX, созданного Артемом Огановым (профессор Сколтеха и МФТИ), продемонстрировали, что образование прямоугольной структуры оксида меди в биграфеновой нанопоре является наиболее выгодным вариантом.
Анализ физических характеристик полученных стабильных материалов выявил потенциал этих двумерных структур для использования в спинтронике.