Дефекты – отличный способ повысить проводимость графена
 Кристаллическая структура графена. |
|
||||||||
Графен – одна из структурных модификаций углерода, благодарность за открытие которой следует высказать веку нанотехнологий. С кристаллической точки зрения графен представляет собой слой кристалла графита толщиной в 1 атом; т.е. это гексагональная двумерная кристаллическая решетка. Первый опытный образец графена был получен совсем недавно, в 2004 году, поэтому многие свойства этого материала еще не изучены, а лишь предсказаны теоретически за долгие годы исследований.
Обоснованное предположение о существовании такого вещества было сделано более 50 лет назад и, согласно проведенным теоретическим оценкам, он должен обладать большой механической прочностью и высокой теплопроводностью. Все это время сложности с получением графена были связаны с невозможностью создать свободную стабильную двумерную пленку; для предотвращения скручивания и плавления такую пленку размещают на подложке.
Проводимость графена, как и в «классических» полупроводниках, обуславливается наличием электронов и «дырок», однако, за счет уникального расположения электронных уровней в этом кристалле, носители тока проявляют свойства частиц с нулевой массой. Аналогов этому явлению пока не обнаружено.
По своим свойствам графен проявляет одновременно как свойства хорошего проводника, так и свойства полупроводника, поэтому он является идеальным материалом для разработки электронных устройств наномасштаба, а также для замены кремния в интегральных микросхемах. Однако, прежде, чем мир увидит первые реальные воплощения этих идей, свойства материала должны быть тщательно изучены; настолько, чтобы ученые могли не просто прогнозировать поведение своих устройств в тех или иных условиях, но и управлять их состояниями.
Один из способов управления физическими свойствами вещества – добавление дефектов кристаллической решетки, что может отразиться на механических или электрических свойствах вещества. Исходя из этой идеи, группа ученых из Швеции и США из Университета города Упсалы (Швеция) показала, что добавление дефектов в кристаллическую структуру графена позволяет повысить его электрическую проводимость на целый порядок. Дефекты были добавлены при помощи воздействия на графеновый образец соляной кислотой.
В своих экспериментах исследователи использовали графеновые пленки, нанесенные на вольфрамовые основания. При этом работа с пленками производилась при помощи миниатюрных манипуляторов с диаметром оконечности острия около 10 нанометров.
Полученный результат противоречит ранее сделанным теоретическим предсказаниям и может иметь существенное значение для создания в будущем электронных устройств на основе графена. Ранее считалось, что дефекты увеличивают удельное сопротивление; и, действительно, такой результат был получен для концентраций примеси 0,01 – 0.05 %. Однако, уменьшение концентрации (менее 0,01 %) привело к росту проводимости. Ученые объясняют это появлением дополнительных энергетических уровней в районах вокруг атомов примеси, за счет чего в графене появляются области, проявляющие свойства металла.
Полученный результат был подтвержден как практически, так и теоретически, открыв новую главу в исследовании этого удивительного материала.
Также по теме:
Источники: