Где-то десять лет назад о нанотехнологиях было принято говорить с придыханием — Гейм и Новосёлов получили Нобелевскую премию за графен, а российские власти настолько сильно заинтересовались этим направлением, что создали отдельную госкорпорацию. Годы прошли, хайп схлынул, но исследования никуда не делись — химики и физики продолжают увеличивать точность, с которой можно управлять структурой и свойствами материалов на наномасштабе.

Мы поговорили с директором Института Наноматериалов Университета Дрекселя (США) Юрием Гогоци, который занимается исследованиями двумерных наноматериалов о том, в чем открытые им максены отличаются от графена и что вообще происходит с нанотехнологиями последние годы.

- В декабре вы стали лауреатом премии Гамова. Формулировка, с которой вам ее вручали, такая: «За открытие и синтез наноматериалов с варьируемой структурой и многолетний вклад в развитие международного научного сотрудничества». Со второй половиной этой формулировки все понятно, а вот первая — немного завуалированная и довольно загадочная. Но обычно за такими расплывчатыми формулировками стоит что-то конкретное. Вы можете пояснить, что в данном случае имел в виду комитет премии?

Десять лет назад мы с моими коллегами в Дрексельском университете открыли целое новое семейство наноматериалов — максены. Это двумерные карбиды и нитриды переходных металлов. Сейчас синтезировано уже более тридцати стехиометрических структур (прим. N + 1: имеются в виду материалы состава M_aX_b, где M — переходный металл, X — углерод или азот, a и b — натуральные числа) и пара десятков твердых растворов (прим. N + 1: M'_а-yM"_yX_b, где M' и M" — разные переходные металлы, a и b — натуральные числа). По теоретическим прогнозам, возможно больше ста стехиометрических структур. Плюс неограниченное количество смешанных твердых растворов. То есть потенциально это самое большое семейство двумерных материалов, которое сейчас известно.

Составы синтезированных на сегодняшний день максенов. Для твердых растворов пары взаимозаменяемых элементов указаны в скобках / Grayson Deysher et al. / ACS Nano, 2020

По многим свойствам максены уже превзошли графен. Например, у многослойных пленок [из максенов] проводимость примерно на порядок величины выше, чем у восстановленного оксида графена. Это плазмонные металлические материалы, то есть стабильные двумерные металлы. До максенов таких материалов почти не существовало, потому что большинство двумерных материалов – либо полупроводники, либо полуметаллы. Тот же графен — полупроводник, но с нулевой шириной запрещенной зоны.

Проводимость максеновых пленок на основе карбида титана в зависимости от их толщины / Jason Lipton et al. / Matter, 2020

Сейчас эти материалы дают возможность легко, безо всяких добавок или поверхностно активных веществ, получать из водного раствора покрытия, печатая их обычным принтером.