Топографический изолятор из графена
 Примеры механических напряжений в кристаллической решетке графена, создающих сильные псевдо-магнитные поля. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен представляет собой одноатомный слой молекул углерода, образующих двумерную гексагональную кристаллическую решетку. Специфическое строение определяет такие свойства графена, как высокая электро- и теплопроводность, механическая жесткость и т.п. На сегодняшний день это, фактически, самый упругий и тонкий материал, привлекающий особое внимание ученых по всему миру.
Для удивительных электронных и механических свойств графена с момента открытия в 2004 году предложены уже десятки, если не сотни применений. Его уникально-высокая проводимость делает его чрезвычайно удачным материалом для применения во всевозможных электронных устройствах. В будущем, возможно, графен мог бы стать альтернативой кремнию, благодаря чрезвычайно большой скорости распространения зарядов.
Однако, высокая проводимость – это не только преимущество, но и существенный недостаток графена. Из-за полного отсутствия так называемой «запрещенной зоны» для носителей тока, фактически, устройство, выполненное из этого материала, может проводить электрический ток даже в выключенном состоянии, что противоречит основным принципам построения электронных схем.
С момента выявления этого «недостатка» был предложен уже целый набор вариантов его преодоления. Например, рассматриваются варианты использования нанолент или квантовых точек и даже химической модификации графена, превращающей его в полупроводник. При том, что все эти схемы в теории должны работать, на практике подобные вмешательства настолько повреждают сам графен, что более он не показывает высокой подвижности носителей тока, т.е. теряет свое основное преимущество.
Как ни странно, решить эту проблему поможет физика механических напряжений. Согласно исследованиям группы ученых под началом Андрея Гейма (Andrei Geim) из Манчестерского Университета (Manchester University), формирование механических напряжений в графене позволяет обратимым образом трансформировать его в полупроводник с достаточно широкой «запрещенной зоной», сохраняя при этом все остальные его уникальные характеристики.
Для создания нужных напряжений в своих теоретических расчетах исследователи размещали пластину графена на треугольной «рамке», получая возможность управлять приложенными силами в трех направлениях. Вычисления показывают, что деформации в графене образуют участки, где «накапливаются» носители тока. Те, в свою очередь, инициируют сильные магнитные поля (делая графен своего рода «псевдо-магнитом»), превращающие «напряженный» материал в «топологический изолятор», т.е. полупроводник по центру и металл – на краях. Не смотря на существование лишь теоретического описания поведения кристаллической решетки, подобный класс материалов уже вызывал значительный интерес в научном мире.
В продолжение теоретических исследований группа ученых планирует наблюдать этот комплекс явлений на эксперименте. По их предположениям, не смотря на относительно простое теоретическое обоснование, постановка эксперимента может занять до двух лет.
Также по теме:
Источники: