Новый способ выращивания графена
 Домен углерода (красным) на поверхности иридия. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
После открытия графена, мономолекулярных пленок углерода, формирующих двумерную кристаллическую решетку, внимание к этому удивительному материалу неуклонно растет. В первую очередь мир интересуют уникальные электронные свойства новой модификации углерода. За счет того, что кристаллическая решетка графена имеет всего 2 измерения, носители заряда (электроны) обладают чрезвычайно высокой подвижностью даже при комнатной температуре, при этом их поведение наиболее хорошо описывается моделью невесомых фермионов Дирака. Графен, наряду с углеродными нанотрубками, рассматривается как возможная достойная замена кремния в микросхемах и основа наноэлектроники.
Первые способы производства графена подразумевали механическое отделение мономолекулярных слоев от кристалла графита. Однако, большинство применений этой новой структурной модификации углерода требуют производства «листов» с размерами, превышающими размеры доступных кристаллов графита. Таким образом, исследователи сосредоточили свое внимание на поиске способа производства крупномасштабных мономолекулярных пленок. Одно из направлений работы – поиск химического способа осаждения углеродных пленок, толщиной всего в 1 молекулу.
В последнем номере журнала Physical Review Letters исследовательская группа из Италии, Великобритании и США опубликовала работу, в которой подробно описывается новая методика – «выращивание» доменов графена на поверхности иридия. Подложка в данном случае выступает в роли катализатора.
Расчеты ученых показывают, что в результате разработанного химического процесса на иридиевой поверхности, отличающейся плотной упаковкой атомов, формируется высококачественный слой графена, «прикрепленный» по краям химическими связями к иридию и «свободный» по центру. Домены растут по краям за счет прикрепления новых атомов и более мелких доменов, постепенно отделяясь от иридиевой поверхности. Для очень больших доменов центральные области находятся практически в свободном состоянии.
Для исследования созданных пленок ученые использовали методику фотоэлектронной спектроскопии, обладающей достаточно высоким разрешением, чтобы получать спектры энергетических электронных уровней поверхностном слое атомов. Получаемые спектры чувствительны к химическим связям, в которых задействованы поверхностные атомы, различаясь для иридия «из объема» и с поверхности. Аналогично можно характеризовать и углеродную пленку, взаимодействующую или не взаимодействующую посредством химических связей с подложкой.
Интересно, что исследователи предложили способ управлять ростом пленки и даже добавлять к ней водород, формируя изолирующий слой графана (двумерный слой углеводорода).
Разработанный метод доступен и для промышленного применения, таким образом, уже сейчас можно не просто продолжать исследования электронных свойств графена, но и включать высококачественные графеновые пленки в электронные устройства.
Источники: