Исследователи из Ратгерского университета в Нью-Брансуике открыли новый класс материалов — интеркристаллы. Работа опубликована в журнале Nature Materials. Эти структуры отличаются от обычных и даже квазикристаллов, сочетая черты обоих. Они могут изменить подход к созданию электроники, квантовых устройств и экологичных технологий.
Интеркристаллы состоят из сверхтонких слоев графена — материала из атомов углерода, выстроенных в виде сот. Ученые слегка повернули два таких слоя, наложив их на слой нитрида бора, кристалла из бора и азота. В результате появилось муаровое взаимодействие, узор, возникающий при наложении решеток. Оно радикально изменило поведение электронов — частиц, отвечающих за ток в материалах.
В обычных кристаллах электроны движутся предсказуемо из-за регулярной атомной структуры. Но небольшие изменения в расположении слоев интеркристаллов могут полностью изменить их свойства. Это дает возможность управлять движением электронов только за счет геометрии, без изменения химического состава.
По словам физика Евы Андре, интеркристаллы открывают новый путь в проектировании материалов. Возможно создание электронных схем, в которых все — от переключения до передачи сигнала — будет задаваться конфигурацией слоев.
Технология основывается на принципах твистроники, где свойства вещества меняются при скручивании слоев под определенными углами. Именно это явление позволяет интеркристаллам демонстрировать необычное поведение — например, сверхпроводимость — состояние, при котором ток течет без сопротивления.
Интеркристаллы могут быть изготовлены из распространенных и нетоксичных элементов, что делает их привлекательными для устойчивой электроники. Это отличает их от технологий, основанных на редкоземельных металлах.
Название отражает двойственную природу структуры — она не повторяется, как в квазикристаллах, но сохраняет общую симметрию обычного кристалла. По мнению ученых, это открытие — только начало пути к управлению свойствами материи на атомном уровне.
Материалы, меняющие свойства благодаря точной настройке атомной геометрии, открывают захватывающие перспективы — от управления электронами в интеркристаллах до сверхбыстрого отвода тепла в твердом теле. Один из таких примеров — новая технология «холодной электроники», в которой тепло движется как волна света, — подробнее о ней вы можете узнать в этой статье.