Cała historia zaczęła się od precyzyjnego skręcania warstw grafenu na poziomie atomowym. Nowe materiały wykazują niezwykłe zachowania elektronowe, co otwiera drogę do potencjalnych przełomów w elektronice, obliczeniach kwantowych i zrównoważonych technologiach. Brzmi futurystycznie? Być może, ale to dzieje się właśnie teraz.
Jak tworzy się interkryształy
Proces powstawania tych materiałów przypomina nieco atomowy balet. Badacze nakładali na siebie dwie warstwy grafenu na kryształ heksagonalnego azotku boru. Każda z tych warstw ma grubość zaledwie jednego atomu i układa się w charakterystyczną strukturę przypominającą plaster miodu.
Kluczem do sukcesu okazało się minimalne skręcenie warstw grafenu. Ten pozornie niewielki zabieg doprowadził do powstania wzorów moiré – okresowych struktur interferujących, które radykalnie zmieniły sposób przemieszczania się elektronów przez materiał. To trochę jak nałożenie dwóch siatek na siebie pod lekkim kątem – efektem jest zupełnie nowy, nieoczekiwany wzór.
Czytaj także: Naukowcy przypadkiem stworzyli strukturę, która przeczy prawom natury
Odkrycie opiera się na technice zwanej skrętroniką, gdzie warstwy materiałów skręca się pod określonymi kątami w celu wywołania pożądanych efektów elektronicznych. Zespół Evy Andrei już w 2009 roku pokazał, że wzory moiré w skręconym grafenie mogą radykalnie zmienić jego właściwości elektronowe.
Do szczegółowego zbadania struktury materiałów wykorzystano skaningową mikroskopię tunelową i spektroskopię tunelową. Odkryto diagram fazowy moiré, który obejmuje zarówno komensuratywne kryształy periodyczne, jak i niekomensuratywne kryształy kwaziperiodyczne.
Niezwykłe właściwości elektronowe
Interkryształy wyróżniają się tym, że ich właściwości elektronowe mogą drastycznie się zmieniać przy niewielkich modyfikacjach struktury. Prowadzi to do niecodziennych zachowań, takich jak nadprzewodnictwo i magnetyzm.
Najciekawszą cechą tych materiałów jest możliwość kontrolowania zachowania elektronów wyłącznie przez zmianę geometrii, bez konieczności modyfikowania składu chemicznego. Wyobraźmy sobie, że możemy zmieniać właściwości materiału tak łatwo, jak przestawiamy meble w pokoju – to właśnie oferują interkryształy.
Interkryształy otwierają drogę do stworzenia elektroniki o niskich stratach, sensorów atomowych, systemów obliczeń kwantowych oraz zaawansowanych technologii konsumenckich. Naukowcy przewidują możliwość projektowania całych obwodów elektronicznych, gdzie każda funkcja – przełączanie, wykrywanie, propagacja sygnału – będzie kontrolowana przez dostrajanie geometrii na poziomie atomowym.
Ekologiczny aspekt technologii
Jedną z najbardziej obiecujących cech interkryształów jest ich przyjazność dla środowiska. Materiały te można wytwarzać z obfitych, nietoksycznych pierwiastków takich jak węgiel, bor i azot, zamiast rzadkich pierwiastków ziem rzadkich.
To może oznaczać prawdziwą rewolucję w produkcji elektroniki. Obecne urządzenia wymagają kosztownego i często szkodliwego dla środowiska wydobycia rzadkich metali. Interkryształy mogą zmienić tę sytuację, oferując bardziej zrównoważoną i skalowalną ścieżkę rozwoju technologii.
Dla przemysłu elektronicznego to szansa na uniezależnienie się od niestabilnych łańcuchów dostaw pierwiastków rzadkich, które często pochodzą z regionów politycznie niestabilnych.
Nowe spojrzenie na materię
Interkryształy stanowią kolejny kamień milowy w ewolucji naszego rozumienia struktury materii. Odkrycie kwazikryształów w latach 80. XX wieku podważyło dotychczasowe zasady dotyczące porządku atomowego. Teraz interkryształy idą o krok dalej.
Nazwa interkryształy nie jest przypadkowa – materiały te są mieszanką kryształów i kwazikryształów. Mają niepowtarzające się wzory charakterystyczne dla kwazikryształów, ale jednocześnie dzielą symetrie z regularnymi kryształami. To jak odkrycie nowego stanu materii, który łączy cechy dwóch różnych światów.
Perspektywy badawcze
Wyniki badań, opublikowane w czasopiśmie Nature Materials w maju 2025 roku, otwierają nową erę w inżynierii materiałowej. Przestrajalne struktury podwójnego moiré oferują syntetyczną platformę do badania właściwości elektronicznych, które rzadko występują w naturze.
Czytaj także: Naukowcy stworzyli nowatorski kryształ. Nie ma w nim ani jednego atomu
Naukowcy odkryli również nieoczekiwany mechanizm samoukładania się – kryształy, które teoretycznie powinny istnieć tylko w jednym punkcie diagramu fazowego, obserwuje się w szerokim zakresie. To sugeruje, że natura sama znajduje sposoby na tworzenie stabilnych struktur.
Odkrycie interkryształów to dopiero początek. Badacze są przekonani, że te materiały mogą wpłynąć na rozwój technologii i nauki w nadchodzących latach, otwierając drzwi do rozwiązań, o których dziś możemy tylko marzyć. Tym razem jednak wygląda to naprawdę obiecująco.