2D hybridní materiál (ilustrace). Kredit: SM, Zoner AI.

V posledních letech a už také desetiletích jsme svědky bouřlivého vývoje materiálů, které tvoří jen jediná nebo několik málo vrstev atomů. Tyto 2D materiály nabízejí pozoruhodné kombinace vlastností. Jejich typickým představitelem je grafen, který si získal srdce odborníků i veřejnosti například výjimečnou pevností a elektrickou vodivostí.

Sathvik Iyengar. Kredit: Rice University.

2D materiálů již dnes známe stovky. Stále ale existují žádoucí vlastnosti či spíše jejich kombinace, které u nich nevidíme. Velkou výzvu přitom představují pokusy o vytvoření hybridních materiálů, které by slučovaly dva či více 2D materiálů dohromady. Obvykle to dopadne tak, že mezi různými 2D materiály přiloženými k sobě nejsou žádné podstatné interakce.

Nedávno to přece jenom dokázal mezinárodní tým materiálových vědců, které vedli odborníci Rice University. Vytvořili funkční 2D hybridní materiál, když chemicky propojili dva zásadně odlišné 2D materiály – grafen a křemičité sklo. Vznikl tím stabilní materiál, který jeho tvůrci označují jako glafen (anglicky glaphene), což by bylo možné kreativně zavést do češtiny třeba jako libozvučný sklofen.

Syntéza a struktura sklofenu. Kredit: Iyengar et al. (2025), Advanced Materials.

Jak vysvětluje vedoucí výzkumu Sathvik Iyengar, původní vrstvy se v novém 2D hybridním materiálu jen nedotýkají. Dochází mezi nimi k pohybu elektronů, čímž vznikají nové interakce a vibrační stavy. Výsledný sklofen tím získává vlastnosti, které nemá ani jeden z „rodičů.“

Velmi zajímavé je, že podle Iyengara lze jejich metodu použít na rozmanité 2D materiály, čímž by bylo možné vytvořit značné množství nových hybridních 2D materiálů, šitých na míru pokročilé elektronice, fotonice nebo kvantovým zařízením. Podle Iyengara si lze představit odvázané kombinace 2D materiálů, například kovů s izolátory nebo třeba magnetů s polovodiči. Aplikace se rýsují nedozírné.

Jak to funguje? Badatelé vyvinuli metodu, která zahrnuje dva kroky a jednu reakci. Nechali narůst sklofen z kapalného prekurzoru, který obsahuje křemík i uhlík dohromady. Pomocí úprav hladiny kyslíku během zahřívání nejprve naroste grafenová vrstva a pak po změně podmínek vznikne vrstva křemičitého skla. Pro tento postup vyvinuli vlastní přístroj, který pracuje za vysoké teploty a nízkého tlaku.

Video: 2D Materials for Next-Generation Electronics | Spring Into STEM

Literatura

Phys.org 28. 5. 2025.

Advanced Materials online 28. 5. 2025.