Arsenid kadmia - trojrozměrný materiál, který se chová jako grafen

Grafen je speciální uhlíkový nanomateriál, který je uspořádán na úrovni jednotlivých atomů v měřítku nanometrů, tedy miliardtin metru. Připomíná velmi jemné šestiúhelníkové a pravidelně srovnané pletivo, v jehož uzlech se nacházejí jednotlivé atomy uhlíku. Tato struktura obrazně „vznikne” například modifikací tvaru uhlíkových nanotrubiček tak, že se jejich válcovité útvary rozvinou do roviny. Tloušťka takto vzniklé jednoatomární vrstvy činí jen asi jednu třetinu nanometru. Mezi zajímavé vlastnosti grafenu patří jeho vynikající mechanické, elektronické, tepelné a optické parametry, které otevírají cestu k novým výrobkům a aplikacím.

Grafen je však v technické praxi strukturálně velmi křehkým a choulostivým materiálem a jeho zázračné vlastnosti (například obrovská pevnost, elektrická i tepelná vodivost) proto nemusejí vydržet při kontaktu s okolním prostředím dlouho. Ani jeho potenciální zdravotní rizika nemusejí být bez významu. Za této situace je pochopitelné, když vědci hledají další materiály, v něčem podobné grafenu.

Mezinárodní tým vědců (z Oxfordské a Stanfordské univerzity, dále z laboratoře v Berkeley a z pracoviště při stanfordském urychlovači SLAC) oznámil 25. května tohoto roku v časopise Nature materials, že se jim vhodný materiál tohoto typu podařilo najít. Na rozdíl od prakticky dvojrozměrného grafenu je arsenid kadmia (Cd3As2) standardně trojrozměrný, podobně jako drtivá většina jiných známých materiálů. Má však rovněž mimořádně vysokou elektrickou vodivost a je navíc pevnější a pro běžné zpracování vhodnější. Lze z něj tedy snadněji vyrábět elektronické součástky - tranzistory, senzory a průhledné elektrody. Vlastnosti arsenidu kadmia byly teoreticky předpovězeny dvěma fyziky z Čínské akademie věd, na základně jeho podobnosti s vizmutátem sodným, který se však ukázal na vzduchu jako velmi nestabilní, rozpadal se totiž na prášek. Samotný arsenid kadmia se už jistou dobu v některých detektorech a senzorech používá.

Podobně jako v grafenu, i v arsenidu kadmia se elektrony za jistých podmínek pohybují tak, jako kdyby měly efektivně nulovou hmotnost. Arsenidem kadmia se v současnosti zabývají také odborníci z Princetonské univerzity a z Drážďan. Strukturu arsenidu kadmia vědci prozkoumali také pomocí intenzivních zdrojů synchrotronového ultrafialového a rentgenového záření ve Velké Británii (Diamond Light Source) a v berkeleyské laboratoři (Advanced Light Source).

Zdroje: Phys.Org 1, Phys.Org 2, SciTechDaily