Стопка страниц, которую листали много раз, запоминает это: одни листы ложатся ровно, другие топорщатся, а кое-где остаются заломы. Примерно так ведут себя слоистые материалы, когда в них входят ионы. В новой работе учёные наблюдали за отдельными чешуйками MXene — двумерного карбида титана — и увидели, как история циклов зарядки и разрядки меняет их структуру.

Для этого построили микроскоп, который следит за отражением света от каждой чешуйки с точностью до миллионных долей секунды. Образцы поместили в раствор серной кислоты и пропускали через них ток. Когда протоны входили между слоями, чешуйки слегка расширялись, и отражённый свет менял яркость. По этой яркости можно было определить, сколько слоёв в чешуйке и как она дышит.

Оказалось, что одиночные слои почти идеально обратимы: при увеличении скорости развертки в десять раз их отклик падает лишь на 2%. А вот у стопок из шести и более слоёв падение достигает 36%. Это значит, что в толстых стопках ионам приходится пробираться между листами, как воде сквозь плотно сжатые страницы книги.

Повторные циклы разделили чешуйки на три типа. Монослои оставались стабильными. Беспорядочно слипшиеся мультислои накапливали остаточную деформацию и теряли обратимость, как страницы, которые перестали закрываться. А вот мультислои с ровной укладкой формировали обратимые складки — они появлялись при зарядке и полностью исчезали при возврате потенциала.

Теперь понятно, почему макроскопические электроды из MXenes ведут себя нестабильно в первые циклы: они проходят через историю-зависимую реорганизацию. Метод, объединяющий оптический мониторинг отдельных чешуек и усреднённую дифракцию, можно применять для диагностики батарей и суперконденсаторов. А понимание роли укладки поможет проектировать материалы, которые с самого начала знают, как их будут листать.