Разделение структурной и электронной размерности: двумерный транспорт в трехмерной сотовой хиральной структуре.
Учёные Ливерпульского университета обнаружили трёхмерный материал, который воспроизводит замечательные электропроводящие свойства графена, при этом преодолевая хрупкость, ограничивавшую практическое применение этого уникального материала.Исследование, опубликованное во вторник в журнале Matter, показывает, что соединение под названием станнид гафния (HfSn₂) способно имитировать быстрый двумерный поток электронов, характерный для графена, несмотря на полностью трёхмерную атомную структуру. Это открытие открывает новые пути для создания более прочных материалов для энергоэффективных компьютерных технологий.
Решение проблемы ограничений графена
Подробно в исследовании.
Графен долгое время славился своей исключительной прочностью, лёгким весом и электропроводностью, находя применение в электронике, аэрокосмической отрасли и медицинских технологиях. Однако его двумерная структура делает его механически хрупким и сложным в использовании в требовательных условиях или в промышленных масштабах.
Команда из Ливерпуля под совместным руководством доктора Джонатана Аларии с физического факультета и профессора Мэтью Россейнски OBE FRS с химического факультета обнаружила, что HfSn₂ содержит сотообразные слои, расположенные в трёх измерениях с особым хиральным порядком укладки, похожим на спираль ДНК. Такое расположение сохраняет уникальное электронное поведение, которое обычно наблюдается только в двумерных материалах.
«Наша работа показывает, что электронный транспорт, характерный для 2D-материалов, может быть реализован в полностью трёхмерном материале», — сказал доктор Алария. «Это взаимодействие было жизненно важным, и мы смогли раскрыть эти новые концепции только благодаря объединению теоретического моделирования, выращивания кристаллов и измерений транспорта в сильных полях».
Значение для энергоэффективных вычислений
Материал также содержит точки Вейля — необычные особенности электронной структуры, которые значительно улучшают подвижность электронов. Это делает HfSn₂ привлекательным для логических и спинтронных устройств нового поколения с низким энергопотреблением, которые станут основой будущих вычислительных технологий.
Профессор Россински отметил, что полученные результаты демонстрируют возможность появления графеноподобных свойств в материалах с более высокой структурной размерностью. «Эти результаты показывают силу химии в создании неочевидных свойств путём контроля атомных структур, которые определяют функциональность», — заявил он.
Часть более масштабной исследовательской инициативы
Исследование является частью программы грантов EPSRC «Цифровая навигация в химическом пространстве для поиска функциональных материалов» — инициативы стоимостью 8,6 млн фунтов стерлингов, объединяющей физические науки с искусственным интеллектом и машинным обучением для открытия новых функциональных материалов. Работа проводилась в сотрудничестве с Институтом химической физики твердого тела Общества Макса Планка в Дрездене и Краковским горно-металлургическим университетом.
Примечание редакции блога
Практическое значение данной работы состоит в установлении принципа реализации квазидвумерного электронного транспорта в полностью трёхмерных кристаллических структурах. Показано, что хирально упакованный станнид гафния HfSn₂ сочетает графеноподобную электронную динамику с механической устойчивостью объёмного материала, что расширяет пространство проектирования функциональных квантовых материалов для энергоэффективной электроники и спинтронных приложений, а также указывает на разделение структурной и электронной размерности как универсальный механизм формирования высокоподвижных электронных состояний.
Комментариев нет:
Отправить комментарий