Vědcům z Fyzikálního ústavu Čínské akademie věd se podařil významný průlom – objevili nový výrobní postup zvaný vdW squeezing, který umožňuje vytvoření ultratenkých kovových vrstev s tloušťkou pouhých několika angströmů. Tato metoda, zveřejněná v prestižním časopise Nature, spočívá v tavení čistého kovu a jeho stlačení mezi dvě velmi pevné a hladké vrstvy složené z jednoho monokrystalu MoS₂, epitaxně narostlého na safíru.

Výsledkem jsou atomárně přesné vrstvy kovů jako bismut (Bi), cín (Sn), olovo (Pb), indium (In) nebo galium (Ga) – všechny stabilní, homogenní a elektricky vodivé.

Stabilita v atomárním světě

Co činí tuto technologii tak výjimečnou, je kombinace přesnosti a stability. Dvourozměrné kovy vytvořené pomocí vdW squeezing jsou plně zapouzdřené mezi vrstvami MoS₂, což je chrání před vnějšími vlivy. Povrch monovrstvy MoS₂ je navíc dokonale hladký a postrádá volné chemické vazby – to umožňuje rovnoměrné rozprostření kovu bez tvorby defektů.

Zdroj: Shutterstock

Díky mimořádné tvrdosti safíru a MoS₂ (s Youngovým modulem přes 300 GPa) zvládnou vrstvy vyvinout dostatečný tlak pro formování kovu v extrémně tenké vrstvy, přičemž nedochází k chemické reakci mezi jednotlivými složkami. Výsledná struktura tak zachovává nezávislé, nevodivé rozhraní, což je klíčové pro zajištění spolehlivého měření vlastností materiálu.

Elektrická magie v jedné vrstvě

Experimenty provedené na monovrstvě bismutu odhalily výjimečné elektrické vlastnosti: vysokou vodivost, silný polem řízený efekt (zejména s p-typovým chováním), nelineární Hallův jev a také nové fononové módy – tedy způsoby, jakými v materiálu kmitají atomy. Jde o důkaz toho, že v těchto strukturách vznikají zcela nové fyzikální jevy, které ve třídimenzionálních verzích těchto kovů neexistují.

Tato metoda přitom není omezena jen na jeden typ kovu. Lze s ní cíleně vytvářet monovrstvy, dvouvrstvy či třívrstvy – vše v závislosti na aplikovaném tlaku. Díky této kontrole je možné studovat tzv. vrstvově závislé vlastnosti, které byly dosud čistě teoretickou oblastí.

A co dál? Kvantová zařízení na obzoru

Vedoucí výzkumu profesor Guangyu Zhang nešetřil optimismem. Podle něj tato metoda otevírá dveře nejen k výrobě slitinových 2D kovů, ale i ke zcela amorfním nebo jinak nestandardním materiálům, které nelze vytvořit jinými způsoby. V kombinaci s jejich stabilitou a přesností se rýsují nové možnosti v oblasti kvantové elektroniky, fotoniky i senzoriky.

Zhang zároveň připomněl, že tento obor je stále na začátku – „na poli výzkumu dvourozměrných kovů je stále spousta prostoru pro růst,“ řekl. A není těžké mu dát za pravdu. Když už jedna tenká vrstva bismutu dokáže takové věci, co se asi stane, až vědci přidají další vrstvy, slitiny nebo zkombinují kov s dalšími 2D materiály do složitějších heterostruktur?