Графен остается холодным
 Двумерная решетка графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Многие исследователи полагают, что графен, представляющий собой двумерный лист атомов углерода, собранных в гексагональную кристаллическую решетку, в будущем может заменить кремний применительно к микроэлектронике. Это мнение не безосновательно, благодаря целому ряду специфических для графена механических и электронных свойств. И последние работы ученых только подтверждают подобное предположение.
Известно, что при уменьшении размеров и повышении частоты работы электронных устройств, существенную роль начинает играть локальный нагрев. В этом отношении кремний является достаточно неудачным материалом, т.к. после преодоления определенного порога (масштаба и частоты работы устройства) выделяемое тепло невозможно достаточно быстро отводить. Проблему мог бы решить материал с более высокой по сравнению с кремнием теплопроводностью, который позволил бы достаточно быстро отвести излишнее тепло.
В рамках поиска подходящего материала на роль кремния с этой точки зрения группа ученых из Laboratoire National des Champs Magnétiques Intense (Гренобль, Франция) и их коллеги из Великобритании и Чешской Республики выполнили измерения теплопроводности графеновой мембраны в форме круга. Для выполнения эксперимента мембрана была размещена на металлической подложке, служившей идеальным способом отвода высокой температуры.
В рамках проведенного опыта ученые наблюдали графен, нагретый лазерным лучом. Для расчета теплопроводности проводились измерения локальной температуры под пятном лазерного излучения. Полные результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.
Когда мембрана освещается лазерным излучением, часть поступающей энергии отражается, другая – проходит через мембрану, и лишь третья часть поглощается самим графеном. В условиях описанного эксперимента ученых интересовала именно третья часть, т.к. она преобразуется в тепло и действует как источник высокой температуры. Известно, что за преобразования энергии в данном случае отвечает поглощение фононов, таким образом, существуют методики оценки количества поглощенной энергии, основанные на исследовании спектра рамановского рассеяния.
Полученные результаты дают возможность вычислить теплопроводность материала. В данном случае ученые получили результат в 630 Вт/(м•K), что в несколько раз больше аналогичного показателя для меди (250 Вт/(м•K)), и, тем более, выше теплопроводности кремния (150 Вт/(м•K)).
Подобный результат означает, что графен может не просто заменить кремний, но и обеспечить более интересные технологические применения в электронике (особенно в тех областях, где кремний не может использоваться из-за перегрева). К примеру, можно одновременно повышать частоту работы устройств и уменьшать их размеры.
Кроме того, исследовательская группа рассматривает варианты исследования магнито-оптических применений графена. Высокие значения напряженности магнитного поля представляют собой мощный инструмент для изучения электронных и электрон-фононных взаимодействий в задаче многих тел.
Также по теме:
- Двухслойный графен теоретически может быть сегнетоэлектриком
- Теплопередача в графене больше, чем ожидалось
Источники: