Физики впервые наблюдали атомные волны в 2D-материале
Открытые за последнее десятилетие 2D-материалы представляют собой слои, толщиной в один атом или молекулу. В таком виде материалы приобретают зачастую неординарные свойства, такие как механическую сверхпрочность, способность высокоэффективно проводить тепло и электрический ток.
«Функциональность 2D-материалов зависит от того как двигаются составляющие их атомы, — рассказывает Аарон Линденберг (Aaron Lindenberg), исследователь из Стэнфордского университета и Лаборатории ускорителя SLAC. — Но до сих пор никто не мог изучать их перемещения на атомном уровне и в реальном времени».
Благодаря использованию новой, одной из самых быстродействующих в мире «электронной камеры», Линденберг и его коллеги получили возможность увидеть с разрешением по времени в триллионные доли секунды, как индивидуальные атомы движутся и формируют рябь на поверхности двумерного дисульфида молибдена (MoS2), материала толщиной в три атома.
Предыдущие опыты показывали, что одиночные слои дисульфида молибдена имеют волнистую поверхность, однако они давали только статическую картину. Теперь же удалось впервые наблюдать формирование и развитие поверхностных волн, возбуждаемых лазерным светом.
Исследователи в SLAC помещали образцы, синтезированные для них в Университете Северной Каролины, на пути пучка высокоэнергетичных электронов. Эти электроны, сгруппированные в сверхкороткие импульсы, рассеивались на атомах образца, генерируя сигнал, который ученые использовали для определения позиции атомов в монослое.
Облучение сверхкороткими лазерными импульсами приводило атомы дисульфида молибдена в движение, из-за чего дифракционная картина, регистрируемая детекторами электронной камеры постоянно менялась.
«В сочетании с теоретическими расчетами наши данные показывают, что световые импульсы генерируют волны большой амплитуды — более 15% толщины монослоя —, которые развиваются очень быстро, примерно за триллионную долю секунды. Это первый случай когда кому-либо удалось визуализировать сверхбыстрые движения атомов», — говорит Линденберг.
По его мнению, результаты эксперимента, представленные в журнале Nano Letters, сыграют важную роль в конструировании на основе монослойных материалов следующего поколения солнечных батарей, устройств быстрой и гибкой электроники, высококачественных катализаторов, а также в создании из многих разных монослоев новых материалов с уникальными оптическими, механическими, электронными и химическими свойствами.