Ученые из России и Японии придумали, как стабилизировать двумерные материалы на основе оксида меди (CuO) c помощью графена. Исследуемые материалы — одни из основных кандидатов для применения в спинтронике. Вполне возможно, они войдут в состав квантовых компьютеров, которые уже вот-вот появятся.

Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C .

В последнее время семейство двумерных материалов пополнилось новым классом — это монослои оксидов и карбидов переходных металлов, которым посвящено огромное количество как теоретических, так и экспериментальных исследований. Такие материалы интересны ученым из-за их необычной прямоугольной атомной структуры и химико-физических свойств.

Чрезвычайно интересно для исследователей образование уникальной прямоугольной двумерной ячейки оксида меди, которой не существует в кристаллической (3D) форме, тогда как большинство уже известных или недавно открытых двумерных материалов имеют тип решетки, схожий с решеткой их кристаллических (3D) аналогов. Практическое применение перспективных монослоев пока ограничено их низкой стабильностью.

Команде ученых из МИСиС, ИБХФ, Сколтеха и Национального института материаловедения в Японии (NIMS) с помощью экспериментальных методов удалось увидеть 2D-материалы из оксида меди с необычной кристаллической структурой внутри матрицы из двухслойного графена.

«Важным является не только то, что монослой оксида меди с прямоугольной решеткой может быть стабильным при заданных условиях, но и то, что в нашем исследовании мы показали, как связывание и образование общей границы оксида меди и графеновой нанопоры приводит к стабилизации небольшого двумерного кластера оксида меди с прямоугольной решеткой. В отличие от монослоя, в небольшом кластере оксида меди огромное влияние на его стабильность оказывают краевые эффекты (наличие границ), что приводит к его искривлению с последующим разрушением плоской 2D-структуры. Более того, нами было показано, что в случае чистой меди, чье существование невозможно в виде плоского кластера, ее соединение с двухслойным графеном улучшает стабильность металлического 2D-слоя», — рассказывает старший научный сотрудник Сколтеха Александр Квашнин.

Предпочтительность образования именно прямоугольной решетки оксида меди в биграфеновой нанопоре была показана путем проведения расчетов с использованием эволюционного алгоритма USPEX, разработанного профессором Сколтеха и МФТИ Артемом Огановым.

Исследования физических свойств полученных стабильных материалов показали, что такие 2D-материалы следует рассматривать в качестве кандидатов для применения в области спинтроники.