СТОЙКИЙ ОЛОВЯННЫЙ ДВУМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛЬЧИК

СТОЙКИЙ ОЛОВЯННЫЙ ДВУМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛЬЧИК

Триумфальное шествие двумерных материалов продолжается: исследователи из Китая и США сообщают о первом примере успешного синтеза слоя олова атомной толщины - станена.

Значение результатов эксперимента заключается в том, что, в соответствии с предсказаниями, двумерное олово должно обладать целым рядом необычных электронных свойств, как, например, топологическая изоляция – свободное перемещение электронов вдоль кромок материала без помех со стороны других электронов или атомов, в результате чего не происходит рассеяние тепловой энергии.

Электронная спектроскопия позволила установить, что строением станен напоминает искаженные соты. (Рисунок из Nat. Mater., 2015, DOI: 10.1038/nmat4384)

До недавнего времени все попытки экспериментального получения станена заканчивались неудачей. Один из участников исследовательского проекта – Цзинь-фен Цзя (Jin-feng Jia) из Университета Шанхая, поясняет, что фиаско в области получения станена связаны с тем обстоятельством, что обладающее алмазоподобной кристаллической решеткой олово не является слоистым материалом. Он добавляет, что свободный станен не должен быть устойчивым, поэтому квест «получение станена» распадался на три подзадания – во-первых, выбор подходящего субстрата для синтеза пленки станена, во-вторых – необходимо установить, что такая пленка будет обладать двуслойной сотоподобной структурой, в-третьих – экспериментально определить, что электронные свойства пленки соответствуют теоретическим предсказаниям, причем все эксперименты необходимо было проводить in situ при сверхвысоком разрежении.

Главным же ключом, который позволил бы решить все три задания в рамках новой работы, был поиск субстрата, подходящего для конденсации слоя атомов из состава образца высокочистого олова с помощью эпитаксиальных методов. Было обнаружено, что лучше всего для такой цели подходил теллурид висмута (Bi₂Ti₃). Как говорит Цзя, для станена характерна гексагональная решетка, поэтому поверхность субстрата должна также характеризоваться гексагональной решеткой. Для того, чтобы рост квазидвумерного слоя олова на субстрате был энергетически выгоден, несоответствие субстрата и станена должно быть минимально.

Исследователи вырастили на субстрате слой атомов олова и с помощью сканирующего туннельного микроскопа подтвердили его строение, соответствующе предсказаниям – строение слоя напоминает искаженные соты. Ключевые электронные характеристики станена были определены с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением. Получив, как предполагается, станен, исследователи в дальнейшем планируют провести измерения параметров транспорта электронов, чтобы выяснить, соответствуют ли реальные квантовые свойства материала предсказаниям.

Говоря о результатах нового исследования, специалист по двумерным материалам из Университета Уорвика (Великобритания) отмечает, что они являются важны этапом в изучении станена, однако существует еще ряд проблем – полученный станен связан с субстратом, что может значительно влиять на его свойства. Он добавляет, что для изучения свойств станена и сравнения предсказаний с реальностью необходимо отделить станен от подложки.

Источник: Nat. Mater., 2015, DOI: 10.1038/nmat4384