Российские и японские физики выяснили, как можно превратить окись меди в абсолютно плоский материал, похожий по своим свойствам на графен, «нобелевский углерод». Листы из этого вещества могут стать основой памяти будущего и квантовых компьютеров, пишут ученые в Journal of Physical Chemistry C.

Химики, физики и другие представители естественных наук достаточно долго считали, что в природе могут существовать только полностью «трехмерные» материалы, имеющие высоту, ширину и длину. Эти представления начали меняться только в начале 50 годов прошлого века, когда физики-теоретики доказали, что «плоские» атомные структуры могут существовать в принципе.

После долгих безупешных попыток создать подобный материал, эту задачу удалось решить в 2004 году паре российско-британских физиков – Андрею Гейму и Константину Новоселову. Они открыли очень простой, но при этом очень остроумный и эффективный способ производства графена, «плоской» формы углерода, играя с кусочками графита при изучении их электрических свойств.

За последующие 15 лет физики и химики открыли несколько десятков подобных материалов, часть из которых оказалась еще более интересными, чем графен. Некоторые из них состоят не только из атомов одного химического элемента, но и двух или даже трех различных компонентов, такие как «плоские» магниты на базе соединения хрома и йода, а также редкоземельных металлов и кремния.

Недавно российские исследователи смогли создать и плоские структуры из чистого золота и других металлов, чье существование раньше считалось невозможным по целому ряду причин. Ученые обошли эти ограничения, осаждая пары металлов на поверхности графена и прочих «плоских» материалов.

Эти опыты, как отмечают Александр Квашнин, старший научный сотрудник «Сколтеха», а также его коллеги из других российских и японских научных центров, натолкнули физиков на мысль, что еще более «невозможные» плоские материалы можно получить, используя не одиночные листы графена, а своеобразные «бутерброды» из этой формы углерода.

Руководствуясь этой идеей, ученые попытались создать первый плоский материал на базе окиси меди. Он очень давно интересует физиков сразу по нескольким причинам, в том числе и потому, что он может стать основой для первых «комнатных» или просто высокотемпературных сверхпроводников.

Многие исследователи сомневались в том, что плоская версия оксида меди может существовать в принципе, так как они считали, что она будет нестабильной при любой мыслимой комбинации «нормальных» температур и давлений. Квашнин и его коллеги показали, что это на самом деле не так, синтезировав этот материал и детально изучив его свойства.

Для этого ученые просчитали то, как будет формироваться слой из окиси меди в промежутке между двумя слоями графена или других плоских материалов, используя алгоритм USPEX, созданный известным российским химиком Артемом Огановым, профессором МФТИ и «Сколтеха».

Эти расчеты подсказали ученым, как следует синтезировать этот материал, и какими свойствами он будет обладать. Вдобавок, они указали на то, что плоский слой из этого окиси меди будет оставаться стабильным не только при комнатной температуре, но и при более высоких значениях.

Синтезировав этот материал, Квашнин и его команда детально изучили его свойства и открыли несколько правил, задающих то, почему одиночные ячейки этого плоского материала имеют четырехугольную форму и как именно он образуется. Эти знания, как надеются ученые, помогут инженерам и физикам использовать его для создания спиновой электроники или квантовых вычислительных приборов.