Сверхплоский графен
 Сравнение двух графеновых плоскостей, созданных на поверхности SiO2 (слева) и на поверхности слюды (справа). (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Говоря о графене, одноатомном слое углерода, образующем двумерную кристаллическую решетку, обычно подразумевают плоский лист. Однако, это не совсем так. Фрагменты графена, получаемые на практике, всегда имеют неровности: складки и искажения, делающие его форму далекой от идеальной плоскости. «Морщины» имеют размер порядка 1 нм и располагаются на расстоянии 10 – 25 нм друг от друга. Их существование традиционно связывают с обстоятельствами производства графенового листа: с особенностями строения использованной подложки, а также внутренними напряжениями в самом материале.
Графен вызывает повышенный интерес ученых со всего мира в первую очередь благодаря своим удивительным электронным свойствам. За счет высокой подвижности носителей электрического заряда, материал рассматривается как возможная замена кремния в наноэлектронных устройствах будущего. Но существование непредсказуемых по своей конфигурации складок может нарушить эти планы. Учитывая магнитные и электрические поля, формируемые искажениями кристаллической структуры, такие «морщины» ставит под вопрос количественные характеристики проводимости графена. Теория проводимости, созданная для плоской двумерной кристаллической решетки, подразумевает, что носители электрического заряда могут практически свободно перемещаться сквозь материал, как будто они не обладают массой покоя. Эффективные электромагнитные поля от искаженной решетки естественным образом ограничивают эту свободу, т.е. напрямую влияют на физические свойства материала.
Ранее считалось, что складки неизбежны для графена. Некоторые исследователи даже утверждали, что складки – один из факторов стабильности двумерной кристаллической решетки углерода. Однако, все подобные предположения опровергли ученые из Колумбийского Университета (Columbia University, США), представившие общественности первый сверхплоский лист этого материала. Для формирования листа без искажений они использовали специфическую подложку, имеющую идеальную (в атомарных масштабах) плоскую поверхность – свеже-сколотую слюду. Согласно выдвинутым теоретическим предположениям, предшествовавшим эксперименту, такая плоскость позволяет графену избежать структурных изменений, т.е. появления ряби. Результаты своей работы исследователи опубликовали в журнале Nature.
Искажения кристаллической решетки, как оказалось, несут не только вред. Считалось, что складки на листе графена определяют некоторые из наблюдаемых свойств данного материала, например, химическую реактивность. После получения сверхплоских образцов эта теория была проверена и подтверждена. По результатам проведенных экспериментов ученые действительно констатировали повышение химической реактивности для искаженного листа графена по сравнению со сверхплоским. Аналогичные исследования планируется провести и в ракурсе других физико-химических свойств этого удивительного материала.
Также по теме:
Источники: