Наноструктуры из муаровых алмазов помогут создать управляемые спинтронные устройства

Углеродные наноструктуры до сих пор не теряют своей популярности. Чаще всего их основой становится графен — монослой атомов углерода в виде сот. Он обладает высокой проводимостью и теплопроводностью, прочен и гидрофобен. Разнообразные модификации могут кардинально изменить его свойства, например, если присоединить к каждому атому углерода с одной или другой стороны от исходного монослоя один атом водорода (пассивировать графен), то получится диэлектрический графан.

В 2009 году была предсказана еще одна структура, диаман. Она представляет собой двухслойный графен с адсорбированными на внешней поверхности атомами водорода, то есть некий гибрид графана и биграфена. Расположение атомов углерода в диамане такое же, как в алмазе, поэтому его можно рассматривать как муаровый монослойный алмаз. Этот материал теоретически устойчивее графана, жестче его (и графена), хотя и более хрупкий.

Первые экспериментальные работы, продемонстрировавшие возможность существования диаманов, появились только в 2018-2019 годах, и их синтез довольно проблематичный. Гораздо проще получить диаманоподобный диамон (двухслойный графен с ковалентными межслоевыми связями и только одним пассивированным слоем).

В своей новой работе ученые Института биохимической физики имени Н.М. Эмануэля (Москва) описали результаты исследования термодинамической стабильности диамонов, полученных путем соединения двух слоев графена, повернутых друг относительно друга на углы 21,8° и 27,8°. Было показано, что наличие оборванных связей в нижнем слое диамонов приводит к появлению спиновой поляризации, которой можно управлять путем изменения угла поворота между слоями. Такая особенность делает диамоны перспективными для применения в области управляемых электронных и спинтронных устройств, таких как спиновые токовые переключатели.

Полученные результаты можно рассматривать как первый шаг в изучении фундаментального эффекта в сочетании с инженерией спиновой плотности, что, несомненно, требует дальнейшего глубокого рассмотрения.