Wetenschappers uit Rusland en Japan hebben een manier gevonden om tweedimensionale koperoxide (CuO) materialen te stabiliseren door grafeen te gebruiken. Naast de belangrijkste kandidaten voor spintronica-toepassingen, deze materialen kunnen worden gebruikt in toekomstige kwantumcomputers. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in The Journal of Physical Chemistry C .

De familie van 2D-materialen is onlangs aangevuld met een nieuwe klasse, de monolagen van oxiden en carbiden van overgangsmetalen, die het onderwerp zijn geweest van uitgebreid theoretisch en experimenteel onderzoek. Deze nieuwe materialen zijn van groot belang voor wetenschappers vanwege hun ongebruikelijke rechthoekige atomaire structuur en chemische en fysische eigenschappen, en vooral, een unieke 2-D rechthoekige koperoxide cel die niet bestaat in kristallijne (3-D) vorm, in tegenstelling tot de meeste 2D-materialen, bekend of recentelijk ontdekt, die een rooster hebben dat lijkt op dat van hun kristallijne (3-D) tegenhangers. De belangrijkste belemmering voor praktisch gebruik van monolagen is hun lage stabiliteit.

Een groep wetenschappers van MISiS, het Instituut voor Biochemische Fysica van RAS (IBCP), Skoltech, en het National Institute for Materials Science in Japan (NIMS) ontdekte 2D-koperoxidematerialen met een ongebruikelijke kristalstructuur in de tweelaagse grafeenmatrix met behulp van experimentele methoden.

"Het vinden dat een koperoxide-monolaag met rechthoekig rooster onder bepaalde omstandigheden stabiel kan zijn, is net zo belangrijk als het laten zien hoe de binding van koperoxide en een grafeennanoporie en de vorming van een gemeenschappelijke grens kan leiden tot het creëren van een kleine stabiele 2-D koper oxidecluster met een rechthoekig rooster In tegenstelling tot de monolaag, de stabiliteit van de kleine koperoxidecluster wordt voor een groot deel bepaald door de randeffecten (grenzen) die leiden tot de vervorming en, vervolgens, vernietiging van de platte 2D-structuur. Bovendien, we hebben aangetoond dat het binden van dubbelgelaagd grafeen met puur koper, die nooit bestaat in de vorm van een platte cluster, maakt de 2D-metaallaag stabieler, ", zegt Skoltech Senior Research Scientist Alexander Kvashnin.

De voorkeur van het rechthoekige rooster van koperoxide dat zich vormt in een bigrapheen-nanoporie werd bevestigd door de berekeningen die zijn uitgevoerd met behulp van het USPEX-evolutiealgoritme dat is ontwikkeld door professor aan Skoltech en MIPT, Artem Oganov.

De studies van de fysische eigenschappen van de stabiele 2D-materialen geven aan dat ze goede kandidaten zijn voor spintronica-toepassingen.