Разработка новых материалов, начиная с атомного уровня, существенно ускорится если найти способ прогнозировать их свойства заранее. «Если мы знаем, как, в частности, гибридный материал будет вести себя, прежде чем кто-нибудь возьмёт на себя труд его изготовить, мы можем сэкономить деньги и время и, возможно, реализовать свойства, отсутствующие в составляющих его компонентах», — отмечает Ружбег Шахсавари (Rouzbeh Shahsavari), специалист в области материаловедения из Университета Райса.

В статье для журнала Carbon, он рассказал о выполненной вместе с Фарзанегом Шаеганфаром (Farzaneh Shayeganfar) из Монреальского политехнического института компьютерной симуляции материала, представляющего собой комбинацию из нанотрубок (углеродных или нитрида бора) и графена.

«Нашей задачей было изучение и сравнение электронных и, возможно, магнитных свойств для разных конфигураций соединения, включая стабильность, запрещённые зоны и перенос заряда», — сообщил он.

В двух из рассмотренных наноструктур с разными геометриями соединения графеновые слои органично переходили в углеродные нанотрубки, а в третьей вместо CNT в модель были подставлены нанотрубки нитрида бора. Также были исследованы варианты с нанотрубками, заключёнными между слоями графена.

Графен — отличный проводник, но в местах сопряжения с нанотрубками он деформируется, и, в результате перераспределения энергии атомов, в его гексагональной решётке появляются пяти-, семи- или восьмизвенные кольца. Они вносят изменения в движение электронов через зону перехода, и гибридный материал превращается в перспективный полупроводник.

В ход расчётов ученые выявили множество эффектов. Особенный интерес представляет возникновение в области соединения псевдомагнитного поля. Это явление может оказаться полезным для нанотранзисторных и спинтронных приложений. Ранее его уже наблюдали в напряженном под действием внешней силы графене, но в гибридных структурах напряжения являются внутренним свойством самой системы.

Псевдомагнитное поле заставляет носители заряда в гибридном материале двигаться по кругу, как будто под влиянием внешнего магнитного поля. Авторы предполагают, что с его помощью можно будет управлять электронной структурой новых материалов.

«Мы заложили основы для множества настраиваемых гибридных архитектур, в особенности, для нитрида бора, который столь же перспективен, как и графен, но изучен гораздо хуже, — заявил Шахсавари. — Создание нитрида бора, других 2D-материалов и различных их сочетаний предоставляет в наше распоряжение богатый набор возможностей для проектирования материалов с доселе невиданными свойствами».