Science Alert: Учёные создали самый тонкий в мире электрогенератор размером всего в один атом

Принцип действия нового электрогенератора основан на пьезоэлектрическом эффекте, который обусловливает возникновение электрического напряжения при деформации. Пьезоэлектрические материалы весьма перспективны как основа для создания решений, которые позволят заряжать различные устройства. Например, из них можно было бы изготавливать обувь, снабжающую электричеством iPod. Однако до сих пор учёным не удавалось сделать эти материалы достаточно тонкими и гибкими, чтобы их можно было использовать на практике.

При этом ранее уже высказывались предположения о том, что материал, способный образовывать двумерные слои из молекул толщиной в один атом, будет обладать значительным пьезоэлектрическим потенциалом.

И вот теперь появилось научное подтверждение того, что первый в мире материал с такими свойствами действительно создан. Результаты работы учёных опубликованы в журнале Nature.

Чтобы выяснить, будет ли дисульфид молибдена вызывать пьезоэлектрический эффект на уровне атомов, исследователи разделили образец вещества на чрезвычайно тонкие слои и нанесли их на гибкую подложку с электрическим контактом.

Образец был разделён таким образом, чтобы его части различались между собой по количеству слоев: например, толщина одних составила один атом, тогда как у других она достигала восьми атомов.

Учёные решили выяснить, дают ли полученные образцы пьезоэлектрический отклик. Для этого они растягивали материал и измеряли поток электронов, движущихся во внешнюю цепь. При этом выяснилась одна любопытная особенность. Если количество слоёв материала было нечётным, то при натяжении материал вырабатывал электричество. Если же количество слоёв было чётным, то такого эффекта не возникало.

Растянув единственный слой материала толщиной в один атом, учёные смогли получить напряжение в 15 милливольт.

Кроме того, они выяснили, что чем больше количество слоёв материала, тем меньше вырабатывается электричества. Когда толщина материала превышает определённый предел, выработка электричества полностью прекращается.

Как показывают вычисления, это происходит потому, что атомные слои материала располагаются беспорядочным образом и в определённый момент гасят электрический эффект друг друга. Объединив эти одноатомные слои MoS2 в группы, исследователи выяснили, что в подобной конфигурации они способны вырабатывать электричество в значительных количествах.

Таким образом, слои дисульфида молибдена – это перспективный источник энергии для наноэлектроники, и в будущем их можно будет использовать для создания носимых решений.

«Из этого материала толщиной всего в один атом можно изготовить носимое устройство – например, встроенное в одежду, – которое позволит преобразовывать энергию движений тела в электричество для питания носимых датчиков или медицинских приборов. А возможно, электричества от него хватит и для подзарядки сотового телефона в кармане», – отметил в пресс-релизе Джеймс Хоун (James Hone), профессор машиностроения в Школе инженерно-технических и прикладных наук при Колумбийском университете и один из руководителей исследования.

Оригинал материала: http://www.sciencealert.com.au/news/20142010-26364.html