Представьте материал будущего — тонкий, как атом, прочный, как алмаз, и проводящий ток лучше меди.

Это графен, слой углерода в виде пчелиных сот.

Ученые годами пытались скрестить его с другими ультратонкими материалами, но получалось просто наслоить их, как бутерброд, — без настоящего взаимодействия.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

Теперь международная команда из Университета Райса создала нечто новое — глафен. Это не просто стопка графена и стекла (диоксида кремния), а единый материал, где слои химически связаны.

Электроны начинают двигаться иначе, возникают свойства, которых нет у исходных компонентов, — объясняет Сатхвик Айенгар, аспирант и соавтор исследования.

Ключом стал двухэтапный метод: жидкий реактив с углеродом и кремнием нагревали, сначала получая графен, затем — слой стекла. Для этого понадобилась специальная установка, разработанная с индийскими коллегами.

Без нее синтез был бы невозможен, — говорит Айенгар.

Но самое интересное началось после. При анализе материала методом Рамановской спектроскопии ученые увидели необычные сигналы — ни графен, ни стекло так не вибрируют. Это намекало на глубокую связь между слоями. Обычно ультратонкие материалы держатся вместе слабыми связями, как магниты на холодильнике. Здесь же электроны перетекали между слоями, создавая новые свойства.

Правда, сначала ученые думали, что открыли новый эффект, но оказалось — артефакт.

Хороший урок: даже повторяемые результаты надо проверять, — смеется Айенгар.

Дальнейшие квантовые расчеты подтвердили: связь между слоями особая, они обмениваются электронами, превращая металл и изолятор в полупроводник.

Это не работа одной лаборатории, — подчеркивает Айенгар, стипендиат программ Японии и Quad Fellowship. — Мы объединили усилия ученых с трех континентов, чтобы создать то, чего природа сама не делает.

Поликель Аджаян, руководитель исследования, добавляет:

Глафен — лишь первый шаг. Главное — метод, позволяющий комбинировать любые 2D-материалы, даже металлы с изоляторами.

Айенгар вспоминает совет своего научного руководителя:

Исследуй то, что другие боятся смешивать. Настоящие открытия рождаются на грани сомнений.

Этот метод — как молекулярный «конструктор Лего». Он позволяет создавать материалы с заданными свойствами: например, сверхбыстрые процессоры, гибкие экраны, которые не бьются, или квантовые чипы. Особенно ценно, что можно комбинировать несовместимые в природе вещества — скажем, магнитные материалы с полупроводниками. Это открывает путь к устройствам, которые сегодня существуют только в теориях.

Отметим, что пока глафен синтезируют в микроскопических количествах в лаборатории. До промышленного производства — годы работы. Кроме того, неясно, как материал поведет себя в реальных условиях: например, при длительном нагреве или механических нагрузках.

Ранее ученые обнаружили у графена адгезивные свойства.