To, co do tej pory było niemożliwe, zostało osiągnięte przez międzynarodowy zespół naukowców, w skład którego wchodzi również Polka. Badaczom udało się wytworzyć stabilne membrany z metalu (żelaza) o grubości jednego atomu, osadzone w porach grafenu. Jak podkreślają naukowcy, dwuwymiarowe struktury tego typu mają unikatowe właściwości m.in w elektronice – informuje PAP Nauka w Polsce.

Zespół specjalistów z całego świata prowadził prof. Mark Rummel, a w jego skład weszli naukowcy z Niemiec, Polski oraz Korei Południowej. Osiągnięcie zostało już opisane w marcowym wydaniu tygodnia „Science”.

Fot: Wikimedia Commons / AlexanderAlUS / CC

Grafen - struktura węgla o grubości jednego atomu - ma całkiem inne właściwości niż grafit, który również jest strukturą węgla, ale o większej grubości. Naukowcy badają, jakie właściwości mają inne materiały w strukturach dwuwymiarowych. Ciekawiło ich np., jak zachowywać się będzie warstwa metalu o jednoatomowej grubości. Dotychczas uzyskanie takich stabilnych, dwuwymiarowych struktur metali, nie związanych z żadnym podłożem wydawało się poza zasięgiem - metale w normalnych warunkach tworzą trójwymiarową sieć krystaliczną, która nie ma struktury warstwowej. Jednak naukowcy uciekli się do podstępu i zaprzęgli do pomocy grafen.

Wykorzystano sposób, w jaki poruszają się atomy żelaza na powierzchni grafenu podczas naświetlania wiązką elektronów w transmisyjnym mikroskopie elektronowym (TEM). W momencie, w którym wolne atomy żelaza napotykały pory znajdujące się w strukturze grafenowej, zaczynały je wypełniać, tworząc charakterystyczne membrany. Zauważono, że atomy żelaza, które przeniosły się w strukturę porów układają się w kwadratową sieć krystaliczną.

W badaniach brała udział dr inż. Alicja Bachmatiuk, która pracuje w Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu. Jak wyjaśnia w rozmowie z PAP, jej zadaniem było sprawdzenie, czy w porach grafenu rzeczywiście osadziły się atomy żelaza, czy może doszło do reakcji chemicznej i powstał węglik żelaza. "Okazało się, że to czyste żelazo" - zaznacza. Swoje badania Alicja Bachmatiuk prowadziła przy użyciu wysokorozdzielczego transmisyjnego mikroskopu elektronowego (HRTEM) wyposażonego w spektroskop strat energii elektronów (EELS).

Dwuwymiarowe, metaliczne membrany posiadają unikatowe właściwości, które wciąż wymagają wielu badań. Jednak już we wcześniejszych pracach teoretycznych wykazano, że membrany z żelaza - w porównaniu z trójwymiarowymi strukturami metalu - mają zwiększony moment magnetyczny, co sprawia, że ten nowowytworzony materiał może znaleźć zastosowanie w fotonice, elektronice czy w magnetycznych nośnikach pamięci.

(PAP - Nauka w Polsce)