У графена появился новый двоюродный брат благодаря группе ученых из Университета Нагоя. Впервые в истории им удалось успешно синтезировать ранее чисто теоретический материал под названием плюмбен.
Эта разработка может иметь далеко идущие последствия для топологических изоляторов в недалеком будущем.
Что такое плюмбен?
Плюмбен представляет собой двухмерный сотовый материал на основе свинца (Pb), который до сих пор был чисто теоретическим. Якобы похожий на графен по структуре, плюмбен может стать надежным двумерным топологическим изолятором будущего.
Топологический изолятор - это, согласно Википедии, любой материал с «нетривиальным топологическим порядком, защищенным симметрией, который ведет себя как изолятор внутри, но поверхность которого содержит проводящие состояния, означает, что электроны могут двигаться только по поверхности материала.
В отличие от других (например, графена), плюмбен, по мнению исследователей, должен проявлять эффект квантового вращения Холла при температуре выше комнатной. По этой причине поиск надежного и дешевого метода синтеза плюмбена считается важной целью исследований в области материаловедения.
Искусство подражает жизни, так говорят
Исследовательская группа из Университета Нагои смогла создать плюбмен путем отжига (медленного нагрева и охлаждения) ультратонкой пленки свинца (Pb) на палладии Pd(111). Используя этот метод, они смогли создать поверхностный материал с характерной сотовой структурой двумерного монослоя, что было обнаружено с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ).
Но они также были удивлены, обнаружив, что под плюмбеном также образовалась тонкая пленка сплава палладий-свинец (Pd-Pb). Эта пленка имела пузырьковую структуру, напоминающую структуру Вейра-Фелана, которая делит пространство на ячейки равного объема с наименьшей суммарной площадью поверхности стенок между ними.
Это, говорят исследователи, помогает решить «проблему Кельвина».
Такая структура обычно используется для представления идеализированной пены из пузырьков одинакового размера. Структура была впервые разработана еще в 1993 году физиком Тринити-колледжа в Дублине Денисом Вейром.
Эта структура также послужила источником вдохновения для Олимпийских игр 2008 года в Пекине. Пекинский национальный центр водных видов спорта, также известный как «Водный куб».
Руководитель исследования, профессор Джунджи Юхара, поспешил заметить, что это не первый случай, когда архитектура вдохновляется работами ученых-материаловедов.
«Архитектор Бакминстер Фуллер спроектировал геодезическую сферу для Всемирной выставки 1967 года в Монреале, а позже в его честь был назван Buckminster Fullerene, C60». - указал он.
И плюмбен, и «нановодный куб» - прекрасное дополнение к миру наноприроды. Здания Олимпийских игр 2020 года в Токио, Олимпийских игр 2024 года в Париже, Экспо-2020 в Дубае, Экспо-2023 в Буэнос-Айресе, Expo 2025 Osaka и так далее также могут снова оказаться в центре внимания в качестве будущих новых материалов», - добавил он.
Почему так важен плюмбен?
2-D материалы, изготовленные из элементов группы 14 Периодической таблицы, широко рассматриваются учеными-материаловедами как идеальные кандидаты в качестве топологических изоляторов.
Plumbene, например, привлек большое внимание, потому что у него самое большое спин-орбитальное взаимодействие из всех. Это связано с орбитальной электронной структурой Pb, которая должна давать плюмбену самую большую запрещенную зону по энергии среди всех элементов группы 14.
Создание этого материала может иметь большое значение для разработки будущих топологических изоляторов.
«Появление плюмбена», отмечает профессор Юхара, «долгожданное, и оно произойдет после создания силицена в 2012 году, германена в 2014 году и станена в 2015 году. Приложения. - сказал Юхара.
Это исследование было впервые опубликовано ранее в этом месяце в журнале Advanced Materials.