Ученые получили новые свойства графена, благодаря его объединению с нитридом бора
 Схематическое изображение муара, получаемого в результате наложения двух кристаллических решеток, а также новых точек Дирака в электронной структуре этой системы. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Как известно, для электронной структуры графена характерна так называемая точка Дирака, в которой соприкасаются зона проводимости и валентная зона (наличие подобных точек в материалах определяет отсутствие запрещенной зоны для носителей заряда). В непосредственной близости от дираковской точки кинетическая энергия электронов и дырок проводимости практически прямо пропорциональна их импульсам. Это необычное соотношение в природе можно встретить только для фотонов, не имеющих массы покоя. Таким образом, получается, что электроны в так называемом конусе Дирака в графене ведут себя, как релятивистские частицы, не имеющие массы покоя и путешествующие через материал с очень высокой скоростью. Именно это свойство графена предполагается использовать, чтобы создавать на его основе сверхбыстрые транзисторы.
Теперь же группа ученых из University of Manchester (Великобритания) и Université Paris-6 (Франция) не только нашла новые точки Дирака в материале, полученном путем объединения графена и аналогичных ему плоских двумерных листов нитрида бора, но и предложила простой способ изменения энергии этих новых точек с помощью поворота кристаллической решетки одного материала относительно другого. Исследования научной группы проводились при помощи методик комбинационной спектроскопии.
Объединение материалов, использовавшееся для экспериментальных измерений, ученые получили путем переноса графена на относительно тонкий кристалл нитрида бора. После чего кристаллические решетки материалов выравнивались друг относительно друга с помощью оптического микроскопа. Затем начинался постепенный поворот одной плоскости относительно другой.
В процессе поворота нитрида бора на поверхности графена, появляется рисунок, известный, как муар (подобная структура, получающаяся за счет перекрытия двух кристаллических решеток, также носит наименование «сверхрешетки»). Надо отметить, что муар также является периодическим и характеризуется длиной волны, определяемой углом между двумя первоначальными кристаллическими структурами.
Муар в данном случае действует, как периодический потенциал. Он существенно изменяет дисперсию энергии электронов, что приводит к появлению запрещенной зоны для носителей заряда в образце. Но т.к. электроны в графене ведут себя, как безмассовые частицы (так называемые электроны Дирака), периодический потенциал формирует локальные области с запрещенной зоной, одновременно с этим создавая и новые точки Дирака.
Благодаря комбинационной спектроскопии ученые смогли рассчитать энергию этих новых точек Дирака (надо отметить, что это первый случай, когда методы комбинационного рассеяния были использованы для изучения гибридной двумерной структуры подобным образом). Как оказалось, энергия этих точек очень чувствительна к повороту кристаллических решеток графена и нитрида бора друг относительно друга.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nano Letters. В данный момент команда занята изучением других «сверхрешеток» на основе графена, в которых точки Дирака потенциально могут появляться при более высоких энергиях. Такие точки могли бы в будущем быть полезны при создании оптоэлектронных устройств; кроме того, они должны обеспечить более сильный отклик при изучении процесса методами изучения спектров комбинационного рассеяния.
Также по теме:
- Модификация производства графена позволяет улучшить создаваемые устройства
- Неспаренный спин придает графену магнитные свойства
- Предложен способ «плотной упаковки» листов графена
- Графен позволяет создать «плазмонный сендвич» с субнанометровым разрывом
- Ученые нашли новый тип льда между слоями графена
Источники: