لماذا يحتفظ مادة طبقية بذاكرة الشحن؟
الكتاب الذي يُقلب كثيراً يحتفظ بأثر ذلك: بعض الصفحات تستوي، وبعضها يبقى منتفخاً. هكذا تتصرف المواد الطبقية عندما تدخلها الأيونات. أخذ العلماء مادة MXene، وهي مادة مكونة من طبقات كربيد التيتانيوم بسماكة ذرة واحدة، وتتبعوا تغيرها أثناء الشحن والتفريغ.
بنوا مجهراً يراقب انعكاس الضوء عن كل رقيقة. عندما تدخل الأيونات بين الطبقات، تتمدد الرقيقة قليلاً، ويتغير سطوع الضوء المنعكس. من هذا السطوع يمكن معرفة عدد الطبقات في الرقيقة وكيف تتنفس.
اتضح أن الطبقات المفردة شبه عكوسية تماماً: عند زيادة سرعة الشحن عشر مرات، ينخفض استجابتها بمقدار 2% فقط. أما الكومات المكونة من ست طبقات أو أكثر، فيصل الانخفاض إلى 36%. فالأيونات في الكومة السميكة تضطر إلى التسلل بين الصفائح، مثل الماء عبر صفحات مضغوطة بإحكام.
الدورات المتكررة قسمت الرقائق إلى ثلاثة أنواع. الطبقات الأحادية بقيت مستقرة. أما الطبقات المتعددة المتراصة بشكل عشوائي فتراكمت فيها التشوهات وفقدت العكوسية، مثل صفحات توقفت عن الانغلاق. والطبقات المتعددة ذات الترتيب المنتظم شكلت طيات تظهر عند الشحن وتختفي عند التفريغ.
الآن أصبح واضحاً لماذا تتصرف أقطاب MXenes بشكل غير مستقر في الدورات الأولى: فهي تمر بإعادة تنظيم، مثل كتاب يبحث عن وضع مريح. هذه الطريقة ستساعد في فحص جودة البطاريات والمكثفات الفائقة، وفهم الترتيب سيمكن من صنع مواد تعرف من البداية كيف سيتم تقليبها.
التباين البصري لطبقة أحادية واحدة من Ti3C2Tx صغير جدًا لدرجة أن تغيره أثناء الإقحام يعادل تغيرًا في السماكة بمقدار بضعة أنغستروم فقط، وهو ما يقارب حجم ذرة هيدروجين واحدة.