Двумерные материалы — это кристаллические пластинки, которые состоят из отдельных слоев толщиной от одного до десятка атомов. Благодаря упорядоченной структуре и малой толщине они хорошо подходят для создания быстродействующей электроники и, в частности, гибких электронных устройств. Особенность 2D-материалов заключается в том, что у них можно «отщипнуть» один слой, и они будут иметь свойства, отличные от объемного «исходника». Это также делает их перспективными для применения в гибкой электронике.
Ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий нашли эффективный способ модифицировать двумерные материалы. В качестве образцов они использовали графен, селенид галия и сульфид индия цинка. Для исследования политехники наносили двумерные материалы на подложку из высокоориентированного пиролитического графита так же, как это делали нобелевские лауреаты Новоселов и Гейм — с помощью скотча. После чего ученые исследовали свойства этих материалов в неизменной форме, а также проводили лазерную абляцию образцов, то есть удаляли при помощи лазера слой вещества. На образовавшиеся структуры наносили наночастицы серебра. В результате был обнаружен целый ряд эффектов.
Исследуя поверхность графита до переноса на нее вещества, ученые обнаружили, что электронные свойства поверхности, а вместе с тем и абсорбция молекул из воздуха на поверхность графита, отличается для разных областей. Это объясняется разной взаимной ориентацией слоев графена у поверхности графита.
Лазерная обработка и функционализация наночастицами серебра позволяют управлять свойствами двумерных материалов в строго определенных областях. Это расширяет перспективы для их применения в гибкой электронике.Интересно, что при осаждении 2D-материалов на графит сильное взаимодействие между ними вызывает деформацию двумерного материала даже на неровностях толщиной в один атом. Деформация приводит к локальным изменениям реакционной способности. За счет возникновения локальных деформационных дефектов можно избирательно осаждать наночастицы серебра точно на напряженную область, что позволяет менять химические свойства материалов,
«Существует большое количество двумерных материалов с разными свойствами. Это позволяет собирать из них разные устройства, как из конструктора. В зависимости от химического состава они могут быть проводниками, полупроводниками, диэлектриками. Обычно для сборки того же транзистора или фотодетектора нужны области с тремя или четырьмя наборами оптоэлектронных свойств. Благодаря модификации можно изменить свойства материалов в конкретной области. То есть технология изготовления устройств может стать проще, быстрее, эффективнее», — отмечает Рауль Родригес.
Участники проекта исследовали, какие именно химические трансформации происходят на краях 2D-материалов в результате лазерной обработки, и разработали способ осаждения плазмонных частиц точно на края таких наноматериалов с помощью фотовосстановления из раствора нитрата серебра. Плазмонные частицы серебра обладают уникальными оптическими свойствами — они могут усиливать оптические поля. Там, где находятся эти частицы, свет фокусируется и усиливается. За счет этого такие частицы увеличивают интенсивность оптических сигналов, а в комбинации с двумерными материалами выступают в качестве более эффективных фотокатализаторов, чем изолированные наночастицы. Эти свойства актуальны для оптоэлектроники, катализа, создания фотодетекторов.