Исследователи из Кембриджского и Уорикского университетов создали стабильную и рекордно тонкую металлическую нить, состоящую из атомов теллура, помещенных в однослойную углеродную нанотрубку. В таком виде теллур проявляет металлические свойства в отличие от своего обычного состояния, в котором он является полупроводником. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Одномерные материалы обладают длиной на порядки превышающей остальные измерения. Их активно исследуют в качестве материалов для электроники, элементы которой сегодня уже измеряются десятками и даже единицами нанометров. Одной из главных проблем при создании таких материалов заключается в том, что как правило они имеют толщину в один атом. Из-за этого многие из них нестабильны, потому что атомы стремятся организоваться в другие конфигурации.

Для того, чтобы сделать одноатомный, но при этом стабильный материал, исследователи решили поместить атомы теллура в однослойную углеродную нанотрубку с диаметром, несильно превышающим диаметр металлической цепочки. Нанотрубки были выбраны из-за их небольшого диаметра и относительной химической инертности.

Перед самими экспериментом ученые провели моделирование того, как должны вести себя атомы теллура при внедрении в нанотрубки разных диаметров. Выяснилось, что при определенном диаметре нанотрубки атомы действительно организуются в одноатомную цепочку. Затем они синтезировали материал в лаборатории и изучили его.

Реальное изображение структуры полученного материала с просвечивающего электронного микроскопа (a) и смоделированное изображение структуры (b,c). Paulo Medeiros et al. / ACS Nano, 2017

Оказалось, что теллур действительно организовывался в протяженные одноатомные цепочки внутри нанотрубок. Причем их структура была практически идентична предсказанной с помощью моделирования. Также, из-за взаимодействия электронов внедряемого теллура с электронами углерода нанотрубок он менял свои свойства с полупроводниковых на металлические.

По всей видимости, полученный материал не найдет реального применения в качестве проводника, так как многие углеродные нанотрубки сами по себе хорошо проводят электрический ток. Несмотря на это, ученые считают, что представленная в работе методика моделирования одномерных систем является самой точной на данный момент и может быть использована в будущем для других материалов.

Недавно на основе сульфида цинка создали провод толщиной в три атома, а физики из США создали на основе графена «провод», способный транспортировать протоны в определенном направлении, не пропуская при этом электроны.

Автор: Григорий Копиев