В Сколтехе разработали модель, описывающую изменения свойств двумерных материалов под давлением — Naked Science
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.
8 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

Вчера, 15:39
5 минут
Илья Ведмеденко

Специалистам «Роскосмоса» удалось запустить основные двигатели нового модуля «Наука». Ранее сообщалось о технических неполадках, возникших после старта.

8 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: