Світовий рекорд: вперше науковці виробили скло, що завтовшки лише один молекулярний шар та утворює квазідвовимірну сітку. Вперше їм вдалося відтворити досі нерозгадану структуру затверділого розплаву безпосередньо під мікроскопом. Ультратонке скло стане у пригоді під час виробництва, зокрема, комп'ютерних процесорів і смартфонів, – тішаться фізики в журналі «Nano Letters».
Відкриття зробили цілком випадково. Насправді Девід Мюллер з Інституту Кавлі Корнельського університету з колегами бралися за виготовлення графену – решітки з шару кільцеподібно поєднаних між собою атомів вуглецю завтовшки в один атом. Для цього вони вуглецем покрили мідну фольгу в кварцовій печі. Коли вчені витягнули її, то помітили дивні забруднення на графені. Негайне дослідження встановило, що «бруд» був склом: на графені утворилося скло завтовшки два атоми.
Зазвичай складниками скла є діоксид кремнію - поєднання кремнію та кисню. Як виявилося, це й відбулося в даному випадку. Дослідники припускають, що в герметичній печі зробилася крихітна тріщина. Кисень проник через неї та призвів до того, що мідь почала взаємодіяти з кварцом, який містить кремній і кисень. Реакція й спричинила формування тонкого шару скла лише з одного ряду молекул. Результат вже занесений у книгу рекордів Гіннеса та буде опублікований у виданні 2014 року.
Але це випадкове відкриття не тільки рекорд: воно може відповісти на 80-річне запитання про фундаментальну структуру скла. Адже, на відміну від багатьох інших твердих речовин, скло не має впорядкованої кристалічної структури: воно більше схоже на затверділий розплав, і має властивості як твердих тіл, так і рідин. Молекули в ньому розташовані хаотично, але як саме – досі було неясно.
Ультратонке квазідвовимірне скло під мікроскопом
Нове супертонке скло безпосередньо відобразило розташування атомів скла. Побачити його стало можливо з допомогою так званої електронної спектроскопії. Записи, здійснені Мюллером і його колегами, показали, що в склі чергуються більші та менші кільцеві структури певної форми. «Це перший випадок, коли людина безпосередньо побачила розташовання атомів у склі, – кажеь Мюллер. – Озираючись назад на мою кар'єру, можу сказати, що це робота, якою я пишаюся найбільше».
Записи показують, що атомна структура скла цілком відповідає принципу, який фізик Вільям Захаріасен постулював ще 1932 року. На підставі досліджень з допомогою рентгенівських променів і обчислення енергії зв'язування діоксиду кремнію він дійшов до висновку, що скло може бути стабільним тільки тоді, коли накопичена в його структурі енергія, незважаючи на нерегулярне впорядкуванння, відповідає кристалічній.
За словами учених, їхнє випадкове відкриття може також призвести до нового практичного результату. Для прикладу, квазідвовимірне скло можна використати в поєднанні з графеном у транзисторах, що дозволить підвищити продуктивність процесорів у комп'ютерах і в смартфонах.
21.09.2013