Графен — одноатомный слой углерода с уникальной прочностью и проводимостью — уже считается одним из самых перспективных материалов, но объединение его с другими двухмерными материалами до сих пор оставалось непростой задачей. Обычно такие слои просто укладывают друг на друга без значимого взаимодействия между ними.
Международная команда исследователей под руководством материаловедов из Университета Райса впервые добилась настоящей химической интеграции графена и кварцевого стекла в стабильный 2D-гибрид под названием глафен. В отличие от обычного «наложения» слоёв, в глафене электроны перемещаются между ними, создавая новые взаимодействия и свойства, отсутствующие в отдельных материалах.
Аспирант Университета Райса Сатвик Айенгар отметил, что данный метод можно применять к разным двумерным материалам, что открывает путь к созданию дизайнерских гибридов для электроники, фотоники и квантовых технологий. По его словам, это позволит создавать уникальные материалы — например, металлы с изоляторами или магниты с полупроводниками — с нуля и под заказ.
Для синтеза глафена учёные использовали двухэтапный процесс с жидким химическим прекурсором на основе кремния и углерода. При контроле кислорода сначала вырастали слои графена, затем — слой диоксида кремния. Особая установка для работы при высоких температурах и низком давлении была разработана совместно с приглашённым профессором Анчалом Шриваставой из университета Банарас (Индия).
После получения материала специалисты из Университета Райса, вместе с учёными из Университета Сассекса, подтвердили его уникальную структуру с помощью рамановской спектроскопии. Они обнаружили новые колебательные сигналы, которые не соответствовали ни графену, ни кварцевому стеклу, что указывало на сильное взаимодействие между слоями.
Хотя первоначально выявленная аномалия оказалась артефактом, дальнейшее квантовое моделирование, проведённое совместно с Университетом штата Пенсильвания, подтвердило, что графен и диоксид кремния в глафене связаны уникальным образом, частично разделяя электроны на границе. Это превращает материал в новый тип полупроводника с уникальными электронными и структурными свойствами. Таким образом, глафен открывает перспективы для создания новых классов двумерных материалов, способных кардинально изменить электронику следующего поколения.
