Двумерные структуры, такие как графен или двумерный нитрид бора, в последние годы привлекают все большее внимание. Однако до недавнего время про аналогичные аморфные структуры было почти ничего не известно.

В последние десятилетия ученым удалось получить целый ряд двумерных материалов, например, графен, двумерный сульфид молибдена и нитрид бора – все эти материалы обладают упорядоченной «кристаллической» структурой. Однако особый интерес для ученых представляет получение аморфных двумерных материалов. Во-первых, с теоретической точки зрения, получение одномерной аморфной структуры интересно для определения структуры аморфных материалов в целом методами просвечивающей электронной микроскопии (с последующим обобщением на случай трехмерной структуры). Во-вторых, такие материалы представляют особый интерес для перспективной микроэлектроники.

Как это часто бывает, многие научные открытия происходят неожиданно. Столь же неожиданно международному коллективу ученых удалось получить одномерный слой аморфного диоксида кремния на поверхности графена, когда получали последний методом CVD (напыление из газовой фазы) на медной подложке (по всей видимости, из-за загрязнения реактора).

Рис. 1. Структура кристаллического диоксида кремния (а) и аморфного (b). Микрофотографии «кристаллического» (с) и аморфного (d) участков, полученные с помощью сканирующего просвечивающего темнопольного микроскопа с кольцевым детектором, а также соответствующее им быстрое преобразование Фурье (e,f).

Структура полученного материала варьируется от преимущественно «кристаллической» до аморфной, что вкупе с существенным несоответствием между параметром «решетки» графена и диоскида кремния свидетельствует о нековалентном связывании между графеновой подложкой и SiO₂. Однако точную структуру полученного слоя авторам статьи удалось получить только с использованием спектроскопии характеристических потерь энергии электронами.

Оказалось, что полученный слой построен из битетраэдров (тетраэдров, соединенных вершинами), которые соединены в кольца Si-O-Si-…-O-Si различного размера (от 3 до 10 тетраэдров в кольце).

Рис. 2. Карты характеристических потерь энергии электронами (а-с, e-g) и соответствующая темнопольная микрофотография (d). Схематическое изображение аморфной структуры.

Таким образом, данный материал уникален еще и тем, что фактически является аморфным в двух измерениях (вдоль подложки) и упорядоченным в другом (перпендикулярно подложке).

Рис. 3. Схематическое изображение аморфной структуры сверху (а) и сбоку (b).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Pinshane Y. Huang, Simon Kurasch, Anchal Srivastava, Viera Skakalova, Jani Kotakoski, Arkady V. Krasheninnikov, Robert Hovden, Qingyun Mao, Jannik C. Meyer, Jurgen Smet, David A. Muller, and Ute Kaiser Direct Imaging of a Two-Dimensional Silica Glass on Graphene. – Nano Lett. – 2012. – 12 (2). – pp. 1081–1086;DOI: 10.1021/nl204423×.