يمكن الآن تصنيع صفائح البزموت والغاليوم والإنديوم والقصدير والرصاص بسمك بضع ذرات فقط عن طريق سحقها عند درجة حرارة عالية وضغط بين حجرين من الياقوت.
طبقة من البزموت بسمك ذرتين محصورة بين طبقتين من ثاني كبريتيد الموليبدينوم
يمكن إنتاج صفائح معدنية بسُمك ذرتين فقط عن طريق سحق قطرات منصهرة تحت ضغط كبير بين حجري ياقوت. ويقول الباحثون الذين طوروا هذه العملية إن هذه المواد غير العادية يمكن أن تُستخدم في الكيمياء الصناعية والبصريات والحواسيب.
في العام الماضي، ابتكر العلماء صفيحة ذهبية بسُمك ذرة واحدة، أطلقوا عليها اسم "الذهبي" نسبةً إلى الجرافين، وهي مادة مكونة من طبقة واحدة من ذرات الكربون. وُصفت هذه المواد بأنها ثنائية الأبعاد، لأنها رقيقة قدر الإمكان كيميائيًا.
لكن لم يكن من الممكن صنع معادن ثنائية الأبعاد أخرى حتى الآن. تُمكّن التقنية الجديدة، التي طوّرها لوجون دو في الأكاديمية الصينية للعلوم وزملاؤه، من إنتاج صفائح ثنائية الأبعاد من البزموت والغاليوم والإنديوم والقصدير والرصاص، بسماكة تسمح بها روابطها الذرية.
لضغط المعدن، استخدم الباحثون بلورتين مسطحتين للغاية من الياقوت الأزرق، مع طبقة رقيقة من ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) كفكين لمِلزمة. وضعوا معدنًا مسحوقًا بين هذين الفكين، وسخّنوه إلى 400 درجة مئوية حتى تشكّل قطرة، ثم سحقوه تحت ضغط هائل وصل إلى 200 ميغا باسكال. ضُغط المعدن حتى أصبح سمكه بضع ذرات - أو ذرتين فقط في حالة البزموت - ثم تُرك ليبرد. عند إزالة الضغط، وُضع المعدن ثنائي الأبعاد بين صفائح MoS2، التي انزلقت بعد ذلك بعيدًا عن الياقوت الأزرق.
يقول دو إن هذه العملية وُضعت قبل ثماني سنوات، لكنها لم تُثمر إلا مؤخرًا عندما اكتشف الفريق أن طبقات MoS2 تُحافظ على استقرار الصفائح المعدنية الرقيقة. ويضيف دو: "طبقة واحدة من ذرات المعدن المستقلة غير مستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية. لذلك، اضطررنا إلى تطوير تقنيات جديدة كليًا. تبدو العملية بسيطة، لكنها فعّالة".
بالإضافة إلى صنع طبقات رقيقة للغاية من الذرات، تمكن الباحثون من ضبط ضغط الانضغاط بدقة، وصنع صفائح معدنية بسُمك ثلاث أو أربع ذرات أو أكثر بدقة.
يقول دو إن المعادن ثنائية الأبعاد قد تتمتع بخصائص غير عادية تساعد العلماء على استكشاف الظواهر الكمومية العيانية والموصلية الفائقة، وقد تؤدي إلى ابتكار ترانزستورات منخفضة الطاقة للغاية، وشاشات عرض شفافة لأجهزة الكمبيوتر، ومحفزات فائقة الكفاءة للتفاعلات الكيميائية.
إحدى المشكلات هي صعوبة إزالة MoS2 الذي يغلف الصفيحة المعدنية. يقول دو إن هذا قد يُمثل مشكلة في بعض التطبيقات، لكن التجارب تُشير إلى أنها لا تؤثر على الموصلية الكهربائية، وبالتالي لن تمنع استخدام المعدن ثنائي الأبعاد في الأجهزة الإلكترونية.
المصدر: