На иллюстрации показана несимметричная структура кристалла FeSi. Физики впервые получили двумерный оксид молибдена, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. Обычно все пьезоэлектрические материалы являются кристаллическими без конкретного центра симметрии, что не относится к оксиду молибдена. В новом исследовании ученые смогли искусственно создать пьезоэлектрические свойства, добавив структурные дефекты, которые превратили материал в долговечный электрет. Статья опубликована в журнале Advanced Materials. Существует класс материалов, называемый пьезоэлектриками. Как правило, это кристаллы, элементы атомной решетки которых не симметричны (хиральны). В таких кристаллах при деформации возникает напряжение и, например,
Нормальная решетка оксида молибдена и разрывы в ней. Apte et al. / Advanced Materials
на этом принципе работает электроискра у бытовых зажигалок, или же с его помощью можно сделать тактильный сенсор. Кроме того, бывает и обратный пьезоэффект, когда материал деформируется при подаче на него напряжения. На основе этого работают, например, форсунки струйных принтеров.
С тех пор, как были открыты кристаллы из одного слоя атомов, ученые ищут способ изготавливать из них материалы с разными физико-химическими свойствами, в том числе пьезоэлектрики. Несмотря на то, что объединяя одноатомные слои графена или нитрида бора уже удавалось получить хиральные кристаллы, физики продолжают попытки добиться пьезоэлектрического отклика именно от единственного слоя атомов.
Доктор Эмей Апт (Amey Apte) из Университета Райса и его коллеги предложили способ искусственного придания пьезоэлектрических свойств двумерному оксиду молибдена, чья решетчатая структура в норме симметричная.
Структура оксида молибдена. Атомы кислорода (красные) симметрично располагаются вокруг молибдена (синий). Apte et al. / Advanced Materials
Помимо пьезокристаллов, напряжение при деформации создают также электреты. Электреты — это, как правило, полимерные пены, отлитые в сильном электрическом поле, которое перемещает носители заряда в материале таким образом, что он приобретает постоянную поляризацию. К сожалению, эта поляризация деградирует в течение нескольких лет, а высокие температуры уничтожают ее мгновенно.
Исследователи решили придать оксиду молибдена аналогичные свойства. Если его хлопья получать методом конденсации из пара, кристаллическая решетка будет обладать дефектами — разрывами. Эти разрывы приобретают заряд, и в результате получается двумерный кристаллический электрет, подобно полимерным аналогам также производящий напряжение при деформации.
Разрывы, удерживающие заряд в оксиде молибдена. Apte et al. / Advanced Materials
Измерения показали, что удельный пьезоэлектрический отклик электрета из оксида молибдена равен 0,56 пикометров на вольт, что примерно равно таковому у пьезоэлектриков на основе графена (0,2-1 пикометров на вольт). При этом, в отличие от полимерных электретов, заряды в оксиде молибдена не деградируют в течение долгого времени, вплоть до нескольких столетий. В первую очередь, это открытие интересно тем, что показывает путь искусственного создания пьезоэлектрических свойств.
Особенности строения решетки кристаллов наделяет их разными свойствами. Например, именно разная ориентация кристаллов в зубной эмали объясняет ее прочность, а измерение колебания решеток металлов и их оксидов может помочь уточнить фундаментальные физические константы.
Автор: Василий Зайцев
Источник: https://nplus1.ru/
