Книга, которую часто листают, запоминает это: одни страницы ложатся ровно, другие топорщатся. Похоже ведут себя слоистые материалы, когда в них входят ионы. Учёные взяли MXene — материал из слоёв карбида титана толщиной в один атом — и проследили, как он меняется при зарядке и разрядке.

Они построили микроскоп, который следит за отражением света от каждой чешуйки. Когда ионы входили между слоями, чешуйка слегка расширялась, и отражённый свет менял яркость. По этой яркости можно было понять, сколько слоёв в чешуйке и как она дышит.

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

Повторные циклы разделили чешуйки на три типа. Монослои оставались стабильными. Беспорядочно слипшиеся мультислои накапливали деформацию и теряли обратимость, как страницы, которые перестали закрываться. А мультислои с ровной укладкой формировали складки, которые появлялись при зарядке и исчезали при разрядке.

Теперь понятно, почему электроды из MXenes ведут себя нестабильно в первые циклы: они проходят через реорганизацию, как книга, которая находит удобную позу. Метод поможет проверять качество батарей и суперконденсаторов, а понимание укладки — создавать материалы, которые с самого начала знают, как их будут листать.