Изследователите произвеждат най-тънкото стъкло в света

За първи път диск, изработен само от един молекулен слой, разкрива досега тайнствената структура на стъклото

Микроскопско изображение на еднослойното стъкло (вдясно) и неговата структура © Институт Kavli в Корнел
чете на глас

Това е истински световен рекорд: Изследователите за първи път са произвели чаша, която е тънка само с един молекулен слой и така на практика образува двуизмерна решетка. За първи път те успяха да представят преди това загадъчната структура на тези втвърдени стопи директно в микроскопа. Свръх тънкото стъкло може да даде възможност и за напълно нови приложения - включително в процесори на компютри и смартфони, както физиците съобщават в списание „Нано писма“.

Откритието беше истинско съвпадение. Действително Дейвид Мюлер от института Кавли от университета Корнел и неговите колеги произвеждаха графен - еднослойна решетка от пръстеновидни взаимосвързани въглеродни атоми. За целта те покрили медно фолио в кварцова пещ с въглерод. Когато го извадиха отново, забелязаха странно замърсяване на графиката. По-внимателно изследване показа, че тази "мръсотия" е направена от стъкло: върху графена се е образувал стъклен слой с дебелина само два атома.

Свръх тънък стъклен слой като "мръсотия"

Стъклото обикновено е направено от силициев диоксид, съединение на силиций и кислород. Както се оказа, това беше и тук. Изследователите подозират, че нормално функциониращата им затваряща фурна трябва да е имала малък теч. Кислородът прониква и кара медта да реагира с кварц, съдържащ силиций и кислород. Тази реакция доведе до отлагане на графен на тънкия стъклен слой, състоящ се само от един молекулен слой. Това е толкова рекордно, че дори Книгата на рекордите на Гинес ще включи това откритие в своето издание за 2014 г.

Но тази случайна находка не е само запис - все още никой не е произвел толкова тънка чаша. Той може да отговори и на 80-годишния въпрос за фундаменталната структура на стъклото. Защото за разлика от много други твърди частици, стъклото няма подредена кристална структура. Вместо това тя прилича повече на втвърдена стопилка и има свойства както на твърди частици, така и на течности. Молекулите в него са хаотично подредени - как точно, но не беше ясно.

Първо директен оглед на атомната структура

Новата супер тънка чаша сега предложи на изследователите първата възможност директно да изобразят подредбата на атомите в чашата. Защото с дебелина от само два атомни слоя това е възможно с помощта на така наречената електронна спектроскопия. Снимката, направена от Мюлер и неговите колеги, разкрива, че по-големи и по-малки пръстенови структури в определена форма се редуват в стъклото. „Това е първият път, когато човек е успял да види директно как се намират атомите в чашата“, обяснява Мюлер. "Поглеждайки назад към кариерата си по-късно, това ще е работата, с която най-много се гордея."

Фотографиите разкриват, че атомната структура на чашата до голяма степен съответства на принципа, постулиран от физика Уилям Захариасен през J181, 1932г. Той стигна до извода, въз основа на рентгенови изследвания и изчисления на енергията на силициев диоксид, че стъклото може да бъде стабилно само ако енергията, съхранявана в неговата структура, въпреки неправилната си подредба, е тази на кристал еквивалент.

Според изследователите обаче тяхното откриване на шанс може да има и напълно нови практически приложения. Например такова квази двумерно стъкло в комбинация с графен може да се използва в транзистори и да помогне за подобряване на производителността на процесорите в компютрите и смартфоните. (Нано писма; doi: 10.1021 / nl204423x)

(Университет Корнел, 13.09.2013 - НПО)