Легирование дефектов графена позволит «настроить» материал для применения в электронике
 Полоса дефектов в графене, легированная атомами азота. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Известно, что производство крупномасштабных листов графена приводит к появлению большого количества дефектов, в частности, образованию зерен, а также линий границ между отдельными кристаллическими областями с разной ориентацией кристаллической решетки. С другой стороны, для применения графена в полупроводниковых устройствах ученые часто прибегают к легированию чистого графена, к примеру, азотом. В рамках своей работы ученые из Federal University of Uberlândia и Federal University of Minas Gerais (Бразилия) решили совместить проблему дефектов и идею легирования, чтобы пронаблюдать эти два явления вместе. В качестве результата своих исследований ученые предложили материал на основе графена, имеющий настраиваемую запрещенную зону, а значит, наилучшим образом подходящий для использования при создании различных электронных устройств.
Исследователи моделировали полоски дефектов графена, где шестиугольники в основе кристаллической решетки на границах по-разному ориентированных кристаллических областей были заменены на пятиугольники и семиугольники. После этого они рассчитали энергетически благоприятные структуры для различных концентраций азотной примеси, смоделировав результаты исследований при помощи сканирующего туннельного микроскопа.
Вычисления привели к удивительному результату. Традиционно считается, что дефекты могут негативно сказаться на удивительных свойствах графена, но для применения в реальных электронных устройствах нужны полупроводники с запрещенной зоной. В своих исследованиях бразильские ученые наблюдали, что введение атомов азота в дефектную область в графене открывает искомую запрещенную зону. Более того, легирование азотом не только позволяет придать материалу металлические или полупроводниковые свойства (в зависимости от концентрации атомов азота), но и достаточно гибко управлять шириной запрещенной зоны за счет регулировки расстояния между отдельными линиями дефектов.
Правда, остается вопрос, как подобные структуры можно производить в промышленном масштабе (пока исследование коснулось только теоретического расчета). Как считают ученые, с ростом дефектов проблем возникнуть не должно, но с некоторыми сложностями придется столкнуться при включении атомов азота в дефектную область и контроле расстояния между отдельными дефектами, что и является ключевым инструментом для контроля параметров запрещенной зоны.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nanotechnology.
В ближайшей перспективе использованные учеными алгоритмы, предсказывающие физические свойства ансамбля атомов на основе первых принципов квантовой механики, можно будет применить к моделированию и исследованию других двумерных материалов. Результаты могут использоваться для объяснения новых экспериментальных данных или предсказания ранее неизвестных свойств этих материалов.
Также по теме:
- Ученые изучили поведение электронов в цепных молекулах
- Ученые создали атомарного размера инструмент для работы с графеном
- Графен на поверхности меди ускорит охлаждение
- Оксид графена может послужить отличным фильтром
- Существует ли графен на основе бора?
Источники: