Созданный в середине 2000-х годов материал графен нашел свое применение в самых разных областях. Но он не перестает удивлять своими необычными свойствами. И даже при самых обычных экспериментах, углеродный материал может помочь создать новые уникальные материалы. Примечательно, что структура графена была предсказана еще в прошлом веке и весьма забавно, что примерно в то же время было выдвинуто предположение о существовании Вигнеровских кристаллов – структур, которые не встречается при стандартных условиях окружающей среды. И вот, группе исследователей из Массачуссетского технологического института удалось при помощи графена создать стабильный Вигнеровский кристалл.
Для начала попытаемся разобраться, что же представляет собой этот самый кристалл. Как отметил один из авторов работы Бикаш Падхи в интервью изданию Science Daily,
«Представьте, что по комнате перемещаются люди и каждый из них носит на себе сферу. Все сферы имеют одинаковый диаметр. При этом если сфера маленьких размеров — люди могут ходить свободно, но чем больше сфера – тем сложнее людям будет ходить и они будут чаще врезаться друг в друга. А теперь замените людей на электроны, а сферы – на их силу отталкивания. Это и будет Вигнеровский кристалл. При обычных условиях электроны почти не взаимодействуют друг с другом, а в форме кристалла при молекулярном сходстве с газом, внешне материал похож на твердое тело.»
Вигнеровские кристаллы наблюдались и ранее, но это было при крайне низких температурах и такие кристаллы существовали очень недолго. Однако при экспериментах с двухслойным графеном (tBLG) физики из MIT обнаружили весьма необычные свойства получившегося материала. Он обладал сверхпроводимостью и переносил электрон с одного слоя на другой. На тот момент способность tBLG «передвигать» внедренный электрон объяснили диэлектрическими свойствами. Но коллеги сотрудников MIT из Университета Иллинойса решили повторить их опыт и изучить материал более подробно.
Предполагаемая структура кристаллов Вигнера из двуслойного графена. На рисунке А критерии построения экспериментально не выполняется, что приводит к переносу электронов. На рисунках B и C показано изображено состояние, когда 2 или 3 электрона находятся в внутри решетки кристалла
Ученые из Университета Иллинойса считают, что двухслойный графен — один из вариантов вигнеровского кристалла и этого состояния удалось добиться благодаря внедрению между двумя слоями графена большего количества электронов. На данный момент изучение нового материала продолжается.
Владимир Кузнецов
