Международная группа ученых из России, Швеции и Южной Кореи создала новый метод проверки стабильности структуры перспективных 2D-материалов. С помощью нее ученые обнаружили, что некоторые предсказанные теоретически двумерные материалы не могут в реальности существовать. Исследование опубликовано в журнале Physical Chemistry Chemical Physics. 

Двумерные материалы — это тончайшие пленки, состоящие из одного слоя атомов. По поводу их существования в научном сообществе велись дискуссии в течение нескольких десятилетий. Затем такая возможность была доказана в теории, а позже подтверждена экспериментально, когда исследователям удалось синтезировать графен — монослой графита. Оказалось, что этот материал обладает уникальными механическими и проводящими свойствами. С тех пор интерес к таким соединениям сильно возрос, и на сегодняшний день известно уже несколько десятков 2D-материалов. 

Изначально такие вещества открывали «методом научного тыка», но создание специализированных компьютерных алгоритмов позволило ускорить этот процесс и анализировать возможность существования двумерной формы у соединения еще до его синтеза. Однако для того чтобы такие предсказанные материалы были востребованными для производства и имели в дальнейшем перспективы воплощения в реальность, необходимо вычислить их стабильность.

«Мы обнаружили, что широко используемые сегодня методы проверки стабильности теоретически предсказанных 2D-материалов обладают одним серьезным недостатком. Из-за него зачастую такие программы дают ложные результаты о стабильности некоторых соединений в двумерной форме. Проще говоря, такие материалы просто не должны существовать, шанса получить их экспериментально практически нет», — говорит ведущий автор работы, инженер-исследователь лаборатории фундаментальных научных исследований департамента науки и инновационной деятельности СФУ Артем Куклин.

По словам ученого, основной недостаток широко используемого сегодня метода — это модель представления материала. При моделировании материаловеды используют условный материал, представляющий собой бесконечную кристаллическую решетку. Это похоже на клетки на тетрадном листе, только устремленные в бесконечность. При этом информация об одной «клетке» дает информацию обо всем «листе». Согласно модели, все эти «клетки» жестко связаны между собой, изгиб вдоль связей невозможен. Это значит, что такой бесконечный лист безупречно ровный, что не соответствует действительности.
Авторы нового исследования предлагают в качестве дополнительного критерия стабильности двумерных наноматериалов рассматривать не бесконечную модель материала, а ее небольшой фрагмент без жестких ограничений по связям между отдельными фрагментами структуры. Если при этих условиях материал останется таким же, как и был в первой модели, значит, он не имеет внутренних напряжений. Если же структура материала значительно исказилась, то внутреннее напряжение в такой структуре станет показателем нестабильности, а значит, и практической невозможности создать такой материал на практике.

Используя новый метод, авторы показали структурную устойчивость недавно синтезированного двумерного диселенида палладия (PdSe2) и неустойчивость нескольких ранее предложенных 2D-материалов c похожей структурой.

Похожие новости

  • 20/12/2019

    Когда наука несет свет: ученые предложили производить светодиоды без редкоземельных металлов

     Международная группа учёных синтезировала и изучила соединение, которое поможет значительно удешевить производство светодиодов для получения белого света, имитирующего солнечный. Такие диоды широко применяются в освещении жилых и производственных помещений, для наружной рекламы и выращивания растений предприятиями агропромышленного комплекса.
    957
  • 19/10/2020

    Дипломами Общероссийского конкурса «Университетская книга-2020» отмечены издания СФУ и НГАСУ (Сибстрин)

    IX Общероссийский конкурс изданий «Университетская книга — 2020» посвящён двадцатилетнему юбилею проведения первого Общероссийского конкурса и приурочен к столетию Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.
    355
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    728
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    2377
  • 27/04/2020

    Авторский адсорбент магистранта СФУ получил признание на международной студенческой конференции

    ​Исследование магистранта Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета Марии Атамановой «Механизм адсорбции красителя эозина на поверхности частиц из разнозаряженных природных полисахаридов» заняло второе место в подсекции «Физические методы исследования функциональных материалов и наносистем» в рамках 58-й Международной научной студенческой конференции, которая прошла на базе Новосибирского государственного университета с 10 по 13 апреля 2020 года онлайн.
    421
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    745
  • 06/11/2019

    Как делать наноматериалы из спирта?

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института вычислительного моделирования СО РАН (Красноярск) нашли новый эффективный способ производства углеродных наноструктур. По словам ученых, технология найдет применение в электронике, химической промышленности и энергетике.
    886
  • 12/11/2020

    Митохондриальный геном лиственницы оказался самым большим в мире

    Ученые из России проанализировали митохондриальный геном (митогеном) лиственницы. Оказалось, что он самый большой среди всех известных живых организмов. Митогеном находится в митохондриях — своего рода «энергетических станциях» клеток.
    341
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    907
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    1706