31 марта
Сколтех

В Сколтехе разработали модель, описывающую изменения свойств двумерных материалов под давлением

3.8

Ученые из Центра энергетических технологий Сколтеха разработали метод моделирования изменения физических двумерных материалов под давлением. Исследование поможет в создании сенсоров давления на основе силицена или других двумерных материалов.

В Сколтехе разработали модель, описывающую изменения свойств двумерных материалов под давлением / ©Getty images

Результаты исследования опубликованы в журнале Американского химического общества ACS Nano. Силицен – двумерная аллотропная модификация кремния, которая считается кремниевым аналогом графена. В обычном состоянии кристалл кремния — это полупроводник с алмазной структурой, но при уменьшении толщины кристалла до одного или нескольких слоев его свойства сильно изменяются. Однако для двумерных материалов пока не существовало возможности исследовать изменение их электронных свойств с изменением давления.

Ученые из России, Италии, США и Бельгии разработали способ теоретического исследования электронных свойств двумерных материалов под давлением при помощи квантовой химии на примере силицена. В отличие от углерода, который можно назвать стабильным как в объемном, так и двумерном состоянии, силицен – метастабильный и легко взаимодействует с окружающей средой.

«В кристаллическом состоянии кремний – полупроводник, а в двумерном он становится металлом. Теоретически свойства монослоя или нескольких слоев силицена хорошо изучены. Однако сам по себе силицен не плоский — из-за характера взаимодействия соседних атомов кремния он гофрированный. С увеличением давления силицен должен стать плоским, и его свойства также должны претерпеть изменения. Но изучить эту ситуацию экспериментально пока не представляется возможным», – рассказывает научный сотрудник Сколтеха Кристиан Тантардини.

В большинстве случаев при использовании экспериментального оборудования для создания давления на материал по оси, перпендикулярной к плоскости самого материала, в то же время будет происходить и сжатие в плоскости, поэтому этот эксперимент не будет чистым и экспериментаторы не получат точных измерений. В данной ситуации только моделирование сможет дать ответ на этот вопрос.

«В нашем случае разработка нового теоретического подхода была единственным выходом из ситуации, – комментирует старший научный сотрудник Сколтеха Александр Квашнин. – Мы теоретически моделируем давление в одном направлении, и в процессе сжатия изучаем, как меняется электронная структура атомов кремния, их гибридизация при различных давлениях, как перестраивается атомная структура и как слои становятся плоскими и одновременно можем понять почему это происходит».

Возможность точно предсказывать поведение двумерных материалов (в данном случае силицена) под давлением позволит в перспективе создать сенсоры давления на его основе. Поскольку, расположив его внутри сенсора, по отклику материала на сжатие можно будет судить о давлении. Такие сенсоры могут найти применение в буровых установках, где важно контролировать давление, чтобы увеличивать силу бурения без порчи оборудования.

«Силицен в этом исследовании выступил модельным объектом при апробировании метода, но метод может подойти и для моделирования других двумерных материалов, в том числе и тех, которые более стабильны и сегодня уже активно производятся и используются», – рассказывает приглашенный профессор Сколтеха и профессор Лёвенского католического университета (UC Louvain) Ксавье Гонз. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
3 часа назад
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

Вчера, 18:54
Мария Азарова

Ученые получили снимок планеты 2M0437b, которая сформировалась не более пяти миллионов лет назад и до сих пор остается чрезвычайно горячей.

4 часа назад
Алиса Гаджиева

Ученые утверждают, что обнаруженная ими 1,5-тысячелетняя церковь построена над домом апостолов Андрея и Петра.

22 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: