Хуан Касадо Кордон, профессор физической химии Университета Малаги, называет графен — бесконечный слой атомов углерода — одним из величайших открытий последних двадцати лет. И неспроста: этот материал обладает уникальными свойствами. Он проводит электричество и тепло, гибкий, но при этом прочный. А если сложить два слоя графена (двухслойный графен), его качества становятся еще более впечатляющими.

Испанские ученые из Университета Малаги под руководством Касадо Кордона и Мадридского университета Комплутенсе (проф. Насарио Мартин) пошли дальше. Они создали молекулярную модель двухслойного графена, которая позволяет управлять его вращением. А это, в свою очередь, открывает контроль над проводимостью и дает «потенциально фантастические полупроводниковые свойства».

Новая модель молекулы двухслойного графена — это не просто научное любопытство.

Создавая ковалентно связанные нанографеновые структуры, мы можем имитировать поиск «магического угла» между слоями, при котором материал становится полупроводником. А это ключевое свойство, например, для создания транзисторов — основы компьютеров, — объясняет ученый.

Результаты исследования опубликованы в Nature Chemistry.

Но и это не все. Модель, разработанная в Университете Малаги, позволяет формировать ионные связи между органическими молекулами (когда один атом «перетягивает» заряд другого). До сих пор большинство исследований органических молекул фокусировались на ковалентных связях.

Обнаружить метастабильное и долговечное состояние вещества с переносом электронов — редчайший случай среди углеродных структур, — говорит Касадо Кордон.

По его словам, это уникальный пример «квантово-механической» молекулы с электростатической связью.

Исследование закладывает основу для создания искусственных молекул, способных имитировать эффективность фотосинтеза — превращать световую энергию в электростатическую, а затем в химическую. Разработанный двухслойный нанографен, благодаря переносу электронов, ведет себя подобно биологическим молекулам, участвующим в фотосинтезе. Это открывает путь для создания искусственных фотоэлектрических систем с заданными свойствами.

Этот прорыв может преобразить несколько областей:

• Электроника — более эффективные и миниатюрные транзисторы, гибкая электроника.
• Энергетика — искусственный фотосинтез для чистой энергогенерации.
• Материаловедение — сверхпрочные и легкие композиты.

Главное — контроль над свойствами материала на молекулярном уровне. Если технологию удастся масштабировать, мы получим материалы с программируемыми характеристиками.

Пока это фундаментальное исследование. До коммерческого применения — годы, если не десятилетия. Основная проблема — сложность точного позиционирования слоев графена в промышленных масштабах.

Ранее ученые научились управлять двухслойным графеном с помощью электрического поля.