Физики под руководством Романа Горбачева из лаборатории Андрея Гейма в Университете Манчестера предложили метод получения и исследования двумерных материалов, неустойчивых на воздухе. Основная идея авторов — «ламинация» монослоев с помощью устойчивых на воздухе материалов. Методику удалось проверить на двух примерах материалов — монослоях черного фосфора и селенида ниобия. Работа опубликована в журнале Nano Letters, *ее *препринт доступен на сайте arXiv.org.

Наночастица нитрида бора, изображение получено методом просвечивающей туннельной микроскопииИзображение: DoITPoMS, University of Cambridge

Для «ламинации» авторы новой работы предложили следующий процесс. На первом этапе исследователи отщепляли монослой неустойчивого материала от его монокристалла с помощью тонкой полимерной пленки. На нее прилипали один или несколько монослои. Затем пленку отлепляли и с помощью оптического микроскопа авторы находили на ней необходимый островок слоев.

Все эти действия проводились внутри так называемого перчаточного бокса — специальной камеры, в которой создается необходимая исследователям инертная атмосфера, а действия проводятся в перчатках, вмонтированных в стенку камеры. Такие меры предосторожности были необходимы чтобы уберечь чувствительный материал от воздуха. Затем начиналась непосредственно «ламинация» — пленка вместе с целевыми монослоями, помещалась напротив монослоя гексагонального нитрида бора (hBN) на какой-либо подложке. Из-за высокого сродства монослоев между собой происходило «склеивание» — соединение отщеплялось от полимерной пленки и оказывалось слепленным с нитридом бора. Потом структура помещалась на монокристалл нитрида бора и вновь происходило «склеивание».

Строение «ламинированных» материалов. Изображение: Y. Cao et al. / arXiv.org, 2015

Все операции «склеивания» проводились с помощью роботизированных микроманипуляторов. Окружающие целевой материал слои нитрида бора оказываются непроницаемыми для газов и жидкостей, поэтому «ламинированные» монослои можно без вреда выносить из бокса. Образцы, полученные физиками, были устойчивы на протяжении недель. Важно отметить, что монослои hBN обладают высокой туннельной проводимостью — благодаря этому можно наносить металлические контакты прямо поверх ламинации и исследовать электронные свойства интересующего двумерного материала.

Слева: металлические контакты, нанесенные на ламинированный материал, справа — зависимсоть температуры перехода в сверхпроводящее состояние от толщины слоя селенида ниобия. Изображение: Y. Cao et al. / arXiv.org, 2015

В частности, авторам работы удалось показать, что селенид ниобия (NbSe2) сохраняет свои сверхпроводящие свойства даже при толщине в один монослой. Другим важным результатом стали исследования монослоев черного фосфора. Ранее существовали указания на то, что он способен к интенсивной люминесценции. Эксперимент с «ламинированным» черным фосфором показал, что вероятной причиной люминесценции являются дефекты, возникающие при взаимодействии с воздухом — ламинированный материал не проявлял свечения.