Ученые из Университета Райса создали асимметричный двумерный материал. Они заменили часть атомов в двумерном диселениде молибдена таким образом, что с одной его стороны находятся только атомы селена, а с другой — серы. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Дихалькогениды переходных металлов — класс материалов состава MX2, в которых M — переходный металл (как правило, молибден или вольфрам), а X — халькоген (как правило, сера, селен или теллур). Они могут образовывать монослои подобно тому, как атомы углерода могут образовывать монослой в виде графена. Это вызывает интерес ученых, ведь двумерные материалы могут проявлять свойства, не характерные для их объемных аналогов того же химического состава.

Обычно в таких соединениях атомы металла располагаются внутри слоя, а халькоген снаружи. Исследователи решили воспользоваться этим, и создали материал, в котором каждая сторона монослоя состоит из разных халькогенов. В данном случае они выбрали диселенид молибдена, и решили заменить часть селена в нем на серу. Ученые точно подобрали температуру химического осаждения из газовой фазы таким образом, чтобы ее было достаточно для замены атомов с одной стороны плоскости, но недостаточно полной замены всего селена из материала на серу.

Исходная структура диселенида молибдена и структура полученного соединения SMoSe, в котором атомы селена с одной стороны плоскости заменены на атомы серы
Исходная структура диселенида молибдена и структура полученного соединения SMoSe, в котором атомы селена с одной стороны плоскости заменены на атомы серы

В итоге исследователи получили трехслойный «сендвич», в котором первый слой составляют атомы селена, над ними располагаются атомы молибдена, а верхний слой состоит из атомов серы. Из-за такого несимметричного строения материал обладает собственным электрическим полем, а также может служить в качестве катализатора для производства водорода с помощью электролиза. Ученые отмечают, что использованный ими способ получения можно адаптировать и для других подобных материалов.

Многие двумерные материалы неустойчивы на воздухе. Физики из лаборатории Андрея Гейма в Университете Манчестера разработали технологию, которая позволяет «ламинировать» монослои и защищать их от воздействия воздуха.