Российские исследователи теоретически предсказали и подтвердили в эксперименте возможность существования на поверхности алмаза тонкой пленки хлорида натрия, имеющей гексагональную структуру. Она найдет применение в полевых транзисторах на алмазах. Полученные результаты опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

В 2004 году Андрей Гейм и Константин Новоселов синтезировали первый двумерный материал — графен, за что были удостоены Нобелевской премии. После этого интерес к другим двумерным материалам в научном сообществе существенно возрос. Ученые открыли силицен, станен и борофен, представляющие собой монослои кремния, олова и бора соответственно, а также двумерные слои дисульфида молибдена, оксида меди и других соединений. Оказалось, что они обладают замечательными тепло- и электропроводными свойствами.

Российские исследователи провели анализ ранних работ, посвященных созданию тонких пленок хлорида натрия, и пришли к выводу, что лучше всего они должны образовываться на поверхности алмаза. В начале работы ученые планировали провести только вычислительное моделирование, чтобы понять, как на подложках разного типа образуются новые двумерные структуры.

Поддержанные грантом Российского научного фонда, авторы исходили из предположения, что при наличии сильной связи между подложкой и пленкой NaCl структура тонкого слоя может существенно изменяться. В результате исследователи получили очень интересные результаты и предсказали образование тонкой пленки гексагонального NaCl на алмазной подложке. Затем ученые решили попробовать получить эту структуру экспериментально.

Используя эволюционный алгоритм USPEX, разработанный ранее лабораторией профессора Сколтеха Артема Оганова, ученые предсказали, что средняя толщина полученной пленки NaCl составляет около шести нанометров. Если бы этот параметр оказался больше, ее структура из гексагональной превратилась бы в кубическую, свойственную обычной поваренной соли.

Исследователи предполагают, что из-за сильной связи между пленкой и алмазной подложкой, а также наличия обширной запрещенной зоны гексагональный NaCl можно использовать в качестве диэлектрика для защиты затвора в алмазных полевых транзисторах от пробоя. Полевые транзисторы имеют широкие перспективы для практического применения в электромобилях, радарах и телекоммуникационном оборудовании. Сегодня в таких устройствах на алмазе в качестве диэлектрического слоя чаще всего используют гексагональный нитрид бора, который практически не отличается от NaCl по ширине запрещенной зоны, но значительно уступает ему по силе взаимодействия с подложкой.