Ученые из Батского и Оксфордского университетов нашли способ определить, насколько сильно атомы разных слоев многослойных материалов связаны друг с другом. О своей работе авторы рассказали на страницах журнала Nature Communications.

Работа химиков основана на более ранних исследованиях, в которых ученые обнаружили, что когда два слоя графена накладываются друг на друга и затем скручиваются на «волшебный» угол 1,1°, получается материал со сверхпроводящими свойствами. Это был первый случай, когда ученые создали сверхпроводник только из атомов углерода. Однако эти свойства исчезали при малейшем изменении угла между двумя слоями графена.

Со времени открытия этого эффекта ученые со всего мира пытаются применить этот феномен к другим ультратонким материалам. Для этого химики стараются соединить вместе два или более монослоя в надежде сформировать совершенно новые материалы с особыми свойствами. Однако до сих пор реализовать такое для других соединений, кроме графена, не удавалось.

Авторы новой работы создали модель, которая показывает, что происходит со слоями разных материалов на атомном уровне при их соединении и изменении конформации. Исследователи показали, что описать взаимодействие между двумя слоями можно с помощью изучения трехслойной структуры, в которой два слоя расположены «прямо», а третий скручен.

Ученые использовали фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением — метод, в котором с помощью интенсивного излучения из образца «выбиваются» электроны, энергию и импульс которых можно измерить. Это позволяет получить представление о свойствах материала — рассчитать, насколько сильно связаны два атома углерода на определенном расстоянии друг от друга. Авторы показали, что результаты их исследования можно использовать для предсказания свойств структур из других двумерных материалов, даже если их угол скручивания не 1,1°.

Список известных двумерных материалов, таких как графен, постоянно растет. Он уже включает в себя десятки соединений с широким спектром свойств — от изоляторов до сверхпроводников, от прозрачных до оптически активных, от хрупких до гибких. Новая работа позволяет экспериментально определять взаимодействия между слоями любого из этих материалов. Это необходимо для прогнозирования свойств более сложных структур и эффективного проектирования новых устройств на их основе.