Кристалл толщиной в один атом — как лист бумаги, на котором можно писать электричеством. Такой материал обещает стать основой для крошечных и быстрых микросхем. Но прежде чем запускать его в производство, нужно точно знать, из чего он состоит. И вот тут выяснилось, что привычная формула не сходится.
Исследователи взяли двумерный оксид титана — соединение, которое хорошо изолирует электричество и может пригодиться в транзисторах. С помощью атомного зонда они выдёргивали атомы из кристалла по одному и смотрели, что это за атомы. Оказалось, что кислорода в материале меньше, чем требует идеальная формула. Часть его мест в кристаллической решётке пустует — как пустые кресла в зрительном зале.
Кроме того, в материале остались атомы лития — их, по идее, должны были полностью вымыть при синтезе. Но они сохранились в небольших количествах. Эти «лишние» атомы тоже меняют электрические свойства. Получается, что реальный материал — не та идеальная решётка, которую рисуют в учебниках, а чуть более сложная конструкция.
Значит, чтобы управлять свойствами двумерных материалов, нужно не просто создавать их, но и тщательно проверять состав. Тогда можно будет настраивать их под конкретные задачи — делать изоляторы лучше, проводники быстрее, а микросхемы — меньше.
Атомный зонд — это прибор, который испаряет атомы с поверхности образца сильным электрическим полем и ловит их по одному. Так можно узнать состав материала буквально поштучно, как будто пересчитываешь конфеты в коробке.