2D materiály jsou dnes nesmírně populární. Nejde přitom jenom o grafen. Postupně se objevují nové a nové 2D materiály a vědcům se honí hlavou bujné fantazie o tom, k čemu všemu je bude možné využít. Nově jejich řady rozšířil hematen, jehož jméno vcelku okatě prozrazuje, o co jde. Hematen tvoří vrstva železné rudy známé jako hematit, o tloušťce 3 atomy. A jak už to mezi 2D materiály bývá, i hematen slibuje nevšední vlastnosti a zajímavé využití.

Jak již bylo řečeno, nejslavnější 2D materiál je dnes bezkonkurenční grafen. Grafen je uhlík uspořádaný do vrstvy o tloušťce jediného atomu. Je extrémně pevný, stejně tak lehký, průhledný, a také elektricky a tepelně vodivý. Grafen ovšem není jediný.

Hematit, přírodní verze. Kredit: sulla55 / Flickr.

Materiáloví vědci pracují třeba se 2D černým fosforem, galiem, sulfidem molybdeničitým nebo jodidem chromitým.

Nejnovějším přírůstkem se teď stal hematen. Aravind Puthirath Balan z Riceho univerzity v americkém Houstonu, Texas, a početný tým jeho spolupracovníků k tomu použili hematit, čili oxid železitý, významnou železnou rudu, která představuje zásadní průmyslový zdroj železa. Pomocí procesu exfoliace do kapalné fáze (liquid phase exfoliation) v organickém rozpouštědle z hematitu získali 2D materiál o tloušťce 3 atomy. Jejich výzkum publikoval časopis Nature Nanotechnology.

Aravind Puthirath Balan. Kredit: A. P. Balan.

Na rozdíl od grafenu je hematen ne-van der Waalsovským materiálem, což znamená, že ho nedrží pohromadě fyzikální a poměrně slabé van der Waalsovy síly. Takové materiály s vysoce uspořádanou strukturou vrstev atomů jsou podle badatelů dnes stále velmi vzácné.

TEM snímek hematenu. Kredit: Shyam Sinha and Peter van Aken/Max Planck Institute for Solid State Research, Stuttgart, Germany.

Když Balan a spol. studovali vlastnosti hematenu, tak se ukázalo, že se dost liší od běžného hematitu. Výrazný rozdíl spočívá v tom, že hematen je feromagnetický, zatímco hematit je antiferomagnetický. Badatelé také zjistili, že hematen má slušný potenciál stát se fotokatalyzátorem, který používá sluneční záření k pohonu chemických reakcí. Jak hematit, tak i hematen absorbují sluneční záření, od ultrafialového, až po žluté. Velká výhoda hematenu ale spočívá v jeho nepatrné tloušťce. Když foton zasáhne hematen a vzniknou při tom elektrické náboje, tak se brzy dostanou k povrchu materiálu.

Vědci ještě vylepšili výkon hematenu v absorpci slunečního záření tím, že ho spojili se soustavami nanotrubiček z oxidu titaničitého. Hematen se podle nich může stát účinným fotokatalyzátorem, obzvláště prý při fotolytickém rozkladu vody na vodík a kyslík. Rovněž může sloužit jako ultratenký magnetický materiál pro rozvíjející se spintroniku.

Literatura
Phys.org 27. 7. 2018, Nature Nanotechnology 13: 602–609.