Ученые создали самое тонкое в мире стекло

Мировой рекорд: впервые ученые создали стекло, толщиной всего один молекулярный слой и которое образует квазидвумерную сетку. Впервые им удалось воспроизвести еще неразгаданную структуру затвердевшего расплава непосредственно под микроскопом.

Мировой рекорд: впервые ученые создали стекло, толщиной всего один молекулярный слой и которое образует квазидвумерную сетку. Впервые им удалось воспроизвести еще неразгаданную структуру затвердевшего расплава непосредственно под микроскопом.

Ультратонкое стекло пригодится во время производства, в частности, компьютерных процессоров и смартфонов, — радуются физики в журнале «Nano Letters».

Открытие сделали случайно. На самом деле Дэвид Мюллер из Института Кавли Корнельского университета с коллегами брались за изготовление графена — решетки из слоя кольцеобразно соединенных между собой атомов углерода толщиной в один атом. Для этого они углеродом покрыли медную фольгу в кварцевой печи. Когда ученые извлекли ее, то заметили странные загрязнения на графене. Немедленное исследование установило, что «грязь» была стеклом: на графене образовалось стекло толщиной два атома.

Обычно составляющими стекла являются диоксид кремния — сочетание кремния и кислорода. Как оказалось, это и произошло в данном случае. Исследователи предполагают, что в герметичной печи сделалась крошечная трещина. Кислород проник через нее и привел к тому, что медь начала взаимодействовать с кварцем, который содержит кремний и кислород. Реакция и привела к формированию тонкого слоя стекла только из одного ряда молекул. Результат уже занесен в книгу рекордов Гиннеса.

Но это случайное открытие не только рекорд: оно может ответить на 80-летний вопрос о фундаментальной структуре стекла. Ведь, в отличие от многих других твердых веществ, стекло не упорядоченной кристаллической структуры: оно больше похоже на затвердевший расплав, и имеет свойства как твердых тел, так и жидкостей. Молекулы в нем расположены хаотично, но как именно — до сих пор было неясно.

Новое супертонкое стекло непосредственно отразило расположения атомов стекла. Увидеть его стало возможно с помощью так называемой электронной спектроскопии. Записи, произведенные Мюллером и его коллегами, показали, что в стекле чередуются большие и меньшие кольцевые структуры определенной формы. «Это первый случай, когда человек непосредственно увидел расположеного атомов в стекле, — говорит Мюллер. — Оглядываясь назад на мою карьеру, могу сказать, что это работа, которой я горжусь больше всего».

Записи показывают, что атомная структура стекла вполне соответствует принципу, который физик Уильям Захариасен постулировал еще в 1932 году. На основании исследований с использованием рентгеновских лучей и вычисления энергии связывания диоксида кремния он пришел к выводу, что стекло может быть стабильным только тогда, когда накопленная в его структуре энергия, несмотря на нерегулярное упорядочение, соответствует кристаллической.

По словам ученых, их случайное открытие может также привести к новому практическому результату. Например, квазидвумерное стекло можно использовать в сочетании с графеном в транзисторах, что позволит повысить производительность процессоров в компьютерах и в смартфонах.