Физики из США смогли получить детальные экспериментальные трехмерные карты расположения атомов в двумерном материале — дисульфиде молибдена. Результаты своей работы исследователи опубликовали в журнале Nature Materials.

Двумерные материалы представляют большой интерес для исследователей. Хотя они еще не нашли коммерческого применения, в будущем они могли бы стать основой для полупроводников в наноэлектронике, компонентах квантовых компьютеров, более эффективных батареях или фильтрах, способных извлекать пресную воду из соленой.

Но использование двумерных материалов в реальных приложениях потребует более глубокого понимания их свойств и способности управлять этими свойствами. В этом направлении продвинулась группа исследователей из Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Университета Райса и Ок-Риджской национальной лаборатории. Они впервые в мире создали трехмерную карту 2D-материала.

В качестве модели ученые выбрали один из двух наиболее часто используемых представителей этого класса — дисульфид молибдена MoS₂.

Для анализа двумерного материала исследователи использовали разработанную ими новую технологию, основанную на сканирующей просвечивающей электронной микроскопии, которая позволяет получать изображения с помощью фиксации рассеянных электронов, прошедших через тонкие пленки образцов. Новый метод получил название сканирующей атомной электронной томографии. С помощью нее трехмерные изображения получаются путем съемки образца под несколькими углами по мере его вращения.

Чтобы не повредить образцы мощным потоком электронов, ученые восстанавливали для каждого образца изображения по частям, а затем сшивали их вместе, чтобы сформировать одну 3D-модель. Это позволило им использовать меньшее число сканирований и, следовательно, меньшую дозу электронов, чем если бы они пытались отсканировать весь образец сразу.

Полученные модели позволили исследователям изучить трехмерную структуру образцов с точностью до четырех пикометров в случае атомов молибдена — в 26 раз меньше диаметра атома водорода. Этот уровень точности позволял им измерять пульсации, деформации, искажающие форму материала, и изменения размера химических связей, вызванные добавлением примеси — атомов рения.