Новый материал из олова толщиной в один атом позволит компьютерам стать еще быстрее, потребляя при этом намного меньше энергии, считают физики. То, что несколько лет назад предсказали американцы, на днях удалось воплотить китайцам.
Группа сотрудников Шанхайского университета опубликовала в журнале Nature Materials сообщение: они уверяют, что им удалось создать двумерный материал из атомов олова. Кристалл назвали «станен», от латинского наименования олова, которое используется в периодической таблице – stannum (Sn), по аналогии с графеном, за создание которого в 2010 году получили Нобелевскую премию физики российского происхождения Андре Гейм и Константин Новосёлов. Графен в свое время наделал много шума. Из него уже делают экспериментальные транзисторы для микросхем, обладающие большей эффективностью, впереди гибкие жидкокристаллические мониторы нового типа, солнечные батареи, фотоэлементы.
Отличие олова от углерода, среди прочего, состоит в том, что олово – намного тяжелее. Поэтому построить двумерную решетку из его атомов – задача намного более сложная, чем синтез графена. Для получения станена атомы олова напылялись на кристаллическую подложку из теллурида висмута в условиях высокого вакуума.
Схематическое изображение структуры станена поверх фотографии, сделанной сканирующим туннельным микроскопом. Фото: Feng-feng Zhu et al. / Nature Materials, 2015
То, что в результате был получен именно станен подтвердили двумя разными методами – с помощью сканирующей туннельной микроскопии и фотоэлектронной спектроскопии. Материал состоит из двух независимых слоев олова, в каждом из которых атомы «уложены» в шестиугольники. Эта структура совпала с теоретическим предсказанием, которое опубликовали еще в 2013 году физики Стэнфордского университета.
Предсказанные свойства материала делают его потенциально незаменимым компонентом в микроэлектронике. Одно из таких свойств — квантовый спиновый эффект Холла: если через станен пустить ток, он будет сортировать электроны по спину, как апельсины на конвейере. При этом электроны будут двигаться вдоль двух поверхностей кристалла с нулевым сопротивлением. Это позволит построить вычислительные схемы с намного меньшим энергопотреблением, чем сейчас, и большим быстродействием (см. «спинтроника»). Правда, пока что предсказанные эффекты наблюдать в эксперименте не удалось.
Предсказанная структура станена. Серым показаны атомы олова, желтым — атомы фтора. Такой материал должен проводить ток без потерь вдоль краев. Фото: Yong Xu / Tsinghua University; Greg Stewart / SLAC
Работы по синтезу двумерных кристаллов идут по всему миру. Ранее были созданы аналогичные материалы из германия, кремния, фосфора. Область их применения, в основном, все та же микроэлектроника.
