Физики объявили о получении нового 2D-материала – станена. Ранее физики только предсказывали, что из олова можно сформировать сетку толщиной всего в один атом. Теперь же они говорят, что у них это получилось. Правда, первичный анализ полученного 2D-олова не может подтвердить, что материал проводит электричество без тепловых потерь.

Станен (от лат. – stannum – олово) является «двоюродным братом» графена, двумерной решетки атомов углерода, который послужил стимулом для тысячи исследований, посвященных поиску похожих на него 2D-материалов. Они включают в себя: силицен из атомов кремния; фосфорен из фосфора; германен из германия, а также материалы, сочетающие различные виды химических элементов.

Многие из этих 2D-материалов являются прекрасными проводниками электричества, но станен – в теории – должен обладать исключительными свойствами. При комнатной температуре электроны должны иметь возможность проходить по краям сетки, не сталкиваясь с другими электронами и атомами, как они делают в большинстве материалов. Это должно позволить пленке станена проводить электричество без потери энергии в виде выделения тепла в соответствии с предположениями, сделанными в 2013 году физиком Стэнфордского университета в Калифорнии Shou-Cheng Zhang, соавтором и последнего исследования [1].

Пока учёные не смогли подтвердить, обладает ли материал предсказанными экзотическими электронными свойствами, такими как возможность проводить электричество без генерации тепла.

Теоретически станен будет примером топологического изолятора, в котором носители заряда (например, электроны) не могут проходить через центр материала, но могут свободно перемещаться вдоль его края, при этом не происходит тепловых потерь, поскольку большинство примесей не препятствуют движению электронов.

Но даже после получения станена учёные из четырех университетов Китая не смогли подтвердить, что это топологический изолятор. Они создали материал путем испарения олова в вакууме и осаждением атомов на поверхность из теллурида висмута. Хотя эта поверхность позволяет получить 2D-кристаллы станена, но также и взаимодействует с ними, создавая неправильные условия для топологического изолятора.

Физики сообщают, что они получили 2D-слой атомов олова – станен. Он образует структуру в виде сот на поверхности теллурида висмута (центр: вид сверху, справа: вид сбоку). Изображение под микроскопом позволяет увидеть только верхние выступы пластины (слева).

Ральф Классен, физик из университета Вюрцбурга в Германии, говорит, что совсем не факт, что учёные получили станен. Теория предсказывает, что 2D-решетка олова должна иметь структуру в виде сот, с дополнительными атомами вверху, формирующими гофрированные гребни, а в полученном материале можно увидеть только верхний выступ атомов. Тем не менее, учёные уверены, что они создали решетку требуемой структуры, отчасти потому, что расстояние между гребнями соответствует теоретическим предсказаниям. Для подтверждения, что в ходе эксперимента получен именно станен, необходимы измерения структуры решетки, но для этого потребуется большее количество материала, чем был выращен в текущем эксперименте.

Другие физики, не участвовавшие в исследовании, настроены более оптимистично и считают эту работу значительным прорывом в исследовании 2D-материалов.