Исследователи из Института материаловедения и инженерии Нинбо Китайской академии наук и Чжэцзянского университета и лаборатории сообщили о создании первого в мире лантаноидного двумерного материала класса MXene («максин»). Работа опубликована в престижном научном журнале Nature. Если графен представляет собой лист атомов углерода толщиной в один атом, то MXene — это столь же тонкие слои, но состоящие из переходных металлов (титан, ванадий, ниобий, молибден и др.) и углерода или азота.Изображение сгенерировано ChatGPTГлавное достижение ученых заключается в том, что им впервые удалось объединить в одном материале сразу два свойства, которые раньше практически не встречались у MXene одновременно, — полупроводниковое поведение и ферромагнетизм.До сих пор большинство известных MXene создавались на основе титана, ванадия, ниобия и других ранних переходных металлов. Такие материалы отличаются высокой электропроводностью, но плохо подходят для устройств, где требуется одновременно управлять и электрическими, и магнитными свойствами.Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новую технологию синтеза, основанную на методе «химических ножниц». Этот подход позволяет буквально «разрезать» кристаллическую структуру на атомном уровне, выборочно удаляя, заменяя или перестраивая отдельные слои атомов. В результате ученые могут собирать материалы практически как конструктор, заранее задавая их будущие свойства.Сам процесс состоит из двух этапов. Сначала металл из группы лантаноидов вступает в реакцию с галогенидом меди, образуя промежуточное соединение. Затем при высокой температуре оно взаимодействует с графитом, формируя новую слоистую структуру MXene, в которой чередуются атомы металла, углерода и галогенов.Испытания подтвердили, что полученный материал одновременно является полупроводником и сохраняет устойчивые ферромагнитные свойства. Такое сочетание давно считается одной из ключевых целей материаловедения, поскольку открывает возможности для создания принципиально новых электронных устройств.Особенно большие надежды ученые связывают со спинтроникой — направлением электроники, которое использует не только электрический заряд электрона, но и его спин. Это позволяет создавать более быстрые, компактные и энергоэффективные устройства по сравнению с традиционной микроэлектроникой.По мнению авторов исследования, новый материал может найти применение в энергоэффективных логических процессорах, высокочастотных системах связи, магнитных датчиках, элементах памяти нового поколения и даже компонентах будущих квантовых компьютеров.Не менее важным достижением стал и сам метод синтеза. Исследователи считают, что технология «химических ножниц» универсальна и в перспективе позволит создавать целое семейство новых двумерных материалов с заранее заданными электрическими, магнитными и оптическими свойствами.