Атомные углеродные провода
 Схема эксперимента: при помощи высокоэнергетического пучка электронов графит преобразуется сначала в графен, а потом в атомарные цепочки. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Углерод – уникальное вещество, хотя бы из-за того, что он имеет больше всего форм существования, из которых состоят все живые организмы. Даже в чистом виде существует масса модификаций кристаллической решетки углерода; наиболее удивительные – это фуллерены, углеродные нанотрубки и графены.
Фуллерены – это молекулы, представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники. Такая форма существования углерода была предсказана и обоснована в 70-х годах 20-го столетия и впервые получена на практике в 1985 году. Учитывая всю значимость открытия, за него была присуждена Нобелевская премия по Химии. Один из вариантов практического применения фуллеренов – так называемый наноклей (сверхпрочный клей, состоящий из наночастиц фуллерена).
Графены – это плоский слой атомов углерода (толщиной в 1 атом), представляющий собой гексагональную кристаллическую структуру. Фактически, из таких слоев состоит кристалл графита. По теоретическим оценкам графены должны обладать высокой проводимостью, поэтому на данный момент ученые рассматривают его в качестве будущей замены кремния применительно к наноэлектронике. На практике графен был получен совсем недавно, в 2004 году, и еще недостаточно изучен, чтобы делать более глубокие выводы о его значимости. Фактом является то, что графен нельзя рассматривать как фрагмент кристаллической структуры графита или алмаза; он проявляет отличные от них электрофизические свойства.
Нанотрубки – это цилиндрические структуры, диаметром порядка нескольких нанометров. Нанотрубки проще всего представить как свернутый слой графена; они были «официально» открыты в 90-х годах 20-го столетия. Существуют данные и о более раннем обращении к этой проблеме, но тогда опубликованные исследования не были продолжены. Применение нанотрубок может быть самое широкое, начиная от композитных материалов и заканчивая медициной.
Каждая из упомянутых кристаллических форм была открыта благодаря нестандартному подходу к производству или изучению существовавших на тот момент вариантов углеродных структур. Так случилось и в этот раз. Похоже, пришла пора говорить об открытии очередного варианта углерода: атомных цепочках. В своей статье в журнале Physical Review Letters группа китайских ученых сообщила о новом подходе для производства модификаций углерода из графита при помощи высокоэнергетического пучка электронов. Ранее уже сообщалось о попытках получить такие атомные модификации, однако, информации было слишком мало, чтобы говорить об успешности метода.
Суть нового метода состоит в облучении графита потоком электронов с высокой энергией, в результате чего сначала графит преобразуется в графен, а после – образуется нить из отдельных атомов. Для управления высокоэнергетическим пучком в своем эксперименте ученые использовали электронный микроскоп; направляя луч на слой графита они «вымывали» атомы углерода до тех пор, пока не формировался слой графена, толщиной в 1 атом. Далее ученые создавали в этом слое два отверстия на малом удалении друг от друга. Утверждается, что энергия связи атомов по краям системы меньше, чем энергия атомов будущей нити; таким образом, при дальнейшем облучении первыми будут удаляться именно «нужные» атомы. Если продолжать облучение, края отверстий будут приближаться друг к другу, пока не образуется две параллельные нити, состоящие из отдельных атомов. Распад на две нити ученые объясняют более выгодной энергетической ситуацией.
Полученные в ходе эксперимента цепочки оказались устойчивыми, просуществова более 100 секунд.
Теория предсказывает, что атомные углеродные цепочки должны быть отличными проводниками. Если это подтвердится на эксперименте, у ученых в руках будет настоящий ключ к наноэлектронике будущего.
Также по теме:
Источники: