Американские ученые предложили методику конструирования структур на базе графена
 Молекулярная структура графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен – это углеродный материал, впервые полученный на практике в 2004 году. Атомы углерода в плоской структуре этого материала образуют гексагональную кристаллическую решетку. Графен обладает удивительными механическими и электрическими свойствами. В частности, электроны движутся через этот материал на относительно большой (около световой) скорости, практически не испытывая сопротивления со стороны атомов, расположенных в узлах кристаллической решетки. Таким образом, поведение электронов напоминает релятивистские частицы, не имеющие массы покоя, - безмассовые фермионы Дирака. Это свойство графена может быть использовано во множестве практических приложений, включая создание транзисторов, работающих намного быстрее, чем любые существующие на сегодняшний день аналоги. Однако свойства подобных электронов изучены не достаточно хорошо, чтобы раскрыть весь их потенциал.
Так называемый «молекулярный графен», предложенный в последней работе учеными из США, во многом похож на «натуральный» графен. Его отличие заключается лишь в том, что электронные свойства не постоянны и могут быть настроены, в зависимости от практической необходимости. Произведен этого материал был при помощи сканирующего туннельного микроскопа, работающего при низких температурах. Острие СТМ, состоящее из атомов иридия, использовалось для индивидуального позиционирования молекул оксида углерода на идеально-гладкой медной подложке. Молекулы оксида углерода отражают свободно движущиеся электроны к поверхности меди, формируя из них сотовую структуру, в рамках которой они ведут себя как безмассовые частицы, аналогичные электронам в графене. С помощью созданной структуры, ученые смогли измерить спектр проводимости свободных электронов, что лишний раз подтвердило их дираковскую природу. Результаты измерений соответствуют двумерным уравнениям Дирака, а не обычным уравнениям Шредингера, учитывающим три измерения и массу покоя электронов.
С помощью перемещения молекул оксида углерода на поверхности меди, ученые получили возможность настраивать свойства электронов в созданной структуре. Перемещение оксида углерода вело к искажению электронной структуры, как будто электроны испытывали воздействие сильных электрических и магнитных полей (хотя, фактически, никакие поля не применялись). Кроме того, команда получила возможность настраивать плотность электронов на поверхности меди, с помощью введения в систему дефектов и примесей.
По мнению исследователей, изучение подобных искусственных систем поможет в будущем найти технологические применения для графена и его производных, т.к. они обеспечивают больший уровень контроля над фермионами Дирака и дают возможность проверить на эксперименте многие теоретические выводы. Они отмечают, что созданный в рамках экспериментов «молекулярный графен», является первой в своем роде искусственной структурой, и надеются на дальнейшую разработку наноструктур с такими экзотическими свойствами, применяя аналогичную технику. Подробно результаты работы описаны в журнале Nature.
Также по теме:
- Гонконгские ученые предложили новый тип аккумулятора
- На базе графена можно создать высокопроизводительный оптический модулятор
Источники: