Двумерные материалы и ван-дер-ваальсовы гетероструктуры

ПРЕДПОСЫЛКИ Материалы, созданные по заданным принципам, представляют собой привлекательную идею, которую чрезвычайно трудно реализовать на практике. Объединение лучших свойств различных компонентов в одном перспективном материале — задача, для которой в настоящее время не существует общего решения. Тем не менее у нас есть успешные примеры, на которые можно опереться: композиционные материалы и гетероструктуры III–V произвели революцию во многих аспектах нашей жизни. Однако необходима общая стратегия решения проблемы комбинирования кристаллов с различными свойствами для создания сочетаний с заранее заданными характеристиками и функциональными возможностями. ДОСТИЖЕНИЯ Двумерные (2D) материалы представляют собой платформу, позволяющую создавать гетероструктуры с разнообразными свойствами. Кристаллы толщиной в один атом образуют обширное семейство материалов, в совокупности охватывающее чрезвычайно широкий диапазон свойств. Первым включённым в это семейство материалом стал графен — полуметалл с нулевым перекрытием зон. Семейство 2D-кристаллов расширилось и теперь включает металлы (например, NbSe2), полупроводники (например, MoS2) и изоляторы [например, гексагональный нитрид бора (hBN)]. Многие из этих материалов стабильны в условиях окружающей среды, и для работы с нестабильными материалами разработаны соответствующие стратегии. Удивительно, но свойства таких 2D-материалов часто существенно отличаются от свойств их 3D-аналогов. Более того, даже изучение знакомых явлений, таких как сверхпроводимость или ферромагнетизм, в двумерном случае, где отсутствует дальний порядок, ставит множество вызывающих размышления вопросов. При объединении нескольких 2D-кристаллов в одну вертикальную стопку открывается множество возможностей. Удерживаемые силами Ван-дер-Ваальса — теми же силами, которые связывают слоистые материалы, — такие гетероструктуры допускают значительно большее число комбинаций, чем любой традиционный метод выращивания. По мере ежедневного расширения семейства 2D-кристаллов возрастает и сложность гетероструктур, которые можно создавать с атомной точностью. При укладке различных кристаллов друг на друга синергетические эффекты становятся весьма...