САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 13 июня. /ТАСС/. Ученые Института проблем машиноведения (ИПМаш) РАН в Санкт-Петербурге и Уфимского университета науки и технологий успешно смоделировали ряд перспективных двумерных хлоридов металлов. Со временем они могут обрести реальную физическую форму и стать основой для промышленных композитов нового поколения. Свойства теоретически возможных хлоридов были изучены с помощью суперкомпьютера, сообщил ТАСС научный сотрудник ИПМаш РАН Степан Щербинин.
Статья с описанием новых материалов была опубликована в научном журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
"Ранее было проведено исследование различных двумерных хлоридов металлов: NiCl2, VCl2, ZnCl2,CdCl2, MnCl2, FeCl2. Исследование хлорида магния MgCl2 является продолжением этой работы. Также нами был исследован двумерный материал 2D Zn2VN3. Все эти материалы были получены путем нарезания на слои их "трехмерных двойников". Материалы выбирались исходя из того, что материалы похожего состава демонстрировали перспективные для оптоэлектронных применений свойства", - рассказал Щербинин.
Физически существующие двумерные материалы обладают минимально возможной толщиной и уникальными свойствами, что позволяет создавать из них сложные слоистые и композитные структуры, необходимые в различных отраслях промышленности, особенно в передовой микроэлектронике для создания миниатюрных, но высокопроизводительных устройств.
Одним из наиболее эффективных способов предсказать синтез перспективного материала является компьютерное моделирование на основе теории функционала плотности (ТФП). Эта теория из области квантовой механики позволяет математическими методами моделировать материалы максимально близко к физическим объектам, которые потом получают экспериментаторы.
Существует множество примеров, когда ранее предсказанные с помощью моделирования материалы были успешно синтезированы позднее. Для применения моделирования на основе ТФП ученым необходимо знать атомную структуру того вещества, на основе которого в теории может быть синтезирован двумерный материал. Моделирование материала и предсказание его физических свойств - трудоемкий процесс. Он требует огромных вычислительных мощностей суперкомпьютера, но дает высокоточный результат.
Новые материалы
Ученые выбрали двумерные хлориды никеля, ванадия, цинка, кадмия, марганца, железа и магния, а также тройной нитрид цинка для исследования возможности их синтеза и реальных свойств. Существуют теоретические перспективы их использования в создании наноустройств - материалы похожего состава ранее демонстрировали множество полезных свойств для оптоэлектроники.
Специалисты исследовали устойчивость хлоридов к механическим и температурным внешним воздействиям. Они пришли к выводу, что эти материалы обладают высокой целостностью и крайне устойчивы к образованию дефектов.
В рамках сотрудничества с заинтересованными лабораториями и предприятиями специалисты ИПМаш РАН рассчитывают синтезировать предсказанные ими материалы, что позволит после внедрить их в реальные высокотехнологичные производства. При этом ученые продолжат исследовать другие перспективные материалы и отбирать наиболее перспективные из них.
