Американські фізики розробили метод картування температури і теплового коефіцієнта розширення в почесних кристалах з просторовою роздільною здатністю до двох нанометрів. Метод, заснований на використанні електронної мікроскопії та аналізі спектрів енергетичних втрат електронів, зокрема, показав, що тепловий коефіцієнт розширення почесних і тривимірних кристалів одного складу може відрізнятися майже в 50 разів, пишуть вчені в.
Почесні кристали зараз розглядаються як одні з найбільш перспективних матеріалів для створення електронних пристроїв нового покоління. Завдяки великій різноманітності електронних властивостей і можливості об'єднувати ці матеріали між собою вже зараз з них можна отримувати функціональні електронні пристрої нанометрового розміру. Одним з обмежуючих факторів при роботі таких пристроїв можуть виявитися їх теплові властивості, які досить сильно залежать від кількості шарів у кристалі і можуть призвести до значних енергетичних втрат або порушення структури через невідповідність при тепловому розширенні.
Щоб температуру почесних матеріалів можна було контролювати, для початку потрібні методи її точного вимірювання і картування з достатньою просторовою роздільною здатністю. На даний момент підходів для визначення теплових властивостей акціонерних кристалів існує кілька, однак вони або недостатньо точні з точки зору дозволу (це стосується в першу чергу оптичних методів, наприклад, на основі раманівської спектроскопії), або можуть самі впливати на вимірені значення (у разі контактних методів).
Фізики під керівництвом Роберта Клая (Robert F. Klie) з Університету Іллінойсу розробили новий метод побудови температурних карт і вимірювання коефіцієнта теплового розширення почесних матеріалів різних класів на основі даних електронної мікроскопії. Підхід заснований на використанні просвічуючої електронної мікроскопії і даних спектроскопії характеристичних втрат енергії електронами. За допомогою цих даних можна отримати значення зсуву плазмонного піку, положення якого залежить від температури. У почесних кристалах енергія плазмона визначається квантовими поверхневими властивостями, тому ці дані можна використовувати для визначення температури і коефіцієнта теплового розширення.
У своїй роботі автори дослідження провели вимірювання температури і коефіцієнта теплового розширення графена і чотирьох дихалькогенідів перехідних металів: сульфідів і селенидів вольфраму і молібдену - при температурах від 100 до 600 градусів Цельсія. Фізичні параметри були вимірені для декількох систем: одношарового, двошарового, тришарового ^ єрного кристала, а також для об'ємного кристала того ж складу, що складається з великої кількості шарів.
В результаті вимірювань, по-перше, вдалося підтвердити і кількісно оцінити залежність температури і коефіцієнта теплового розширення від числа шарів у кристалі. Так, вимірений коефіцієнт теплового розширення виявився значно меншим для об'ємних кристалів (варто зазначити, що мається на увазі абсолютне значення: для халькогенідів цей параметр позитивний, а для графена - навпаки, негативний). У деяких випадках значення для одношарового і багатошарного кристала відрізнялися майже в 50 разів. При цьому відмінностей у даних для всіх структур з кількістю шарів більше трьох вчені не виявили.
Крім того, отримані значення коефіцієнтів теплового розширення вчені порівняли з експериментальними і теоретичними даними, відомими для об'ємних кристалів і деяких одношарових почесних кристалів. Нові експериментальні результати не завжди кількісно узгоджуються з теоретичними даними, але в цілому відповідають значенням, отриманим експериментально. Особливо точна відповідність спостерігається для графіту, а також селенідів вольфраму і молібдену.
Просторовий дозвіл методу склав близько 2 нанометрів. Автори роботи зазначають, що картування температури з такою точністю допоможе значно точніше передбачати теплові властивості почесних матеріалів і допоможе при розробці електронним пристроїв на основі багатошарових структур з таких кристалів.
Зазначимо, що одношарові акціонерні кристали можуть бути утворені не тільки ковалентними зв'язками, а й утворюватися з металевих решіток. Прикладом такого кристала може служити, наприклад, станен - олов'яний аналог графена, який зараз вдається отримувати у вигляді рівних шарів досить великої площі. Для опису хімічних і фізичних властивостей інших подібних структур, більшість з яких експериментально поки не отримані, вчені навіть провели чисельний розрахунок і склали атлас їх властивостей.