Предложена новая техника изменения электронных свойств графена
 Структурная модель (слева) и трехмерное изображение созданной учеными зигзагообразной полосы графена (трехмерное изображение получено методикой сканирующей туннельной микроскопии). (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Перспективный материал графен представляет собой плоский лист атомов углерода, образующих двумерную гексагональную кристаллическую решетку. Наличие в кристалле всего двух измерений определяет удивительные свойства этого материала, которые открывают для него множество самых разнообразных применений. В частности, часто высказываются предположения о том, что графен может в будущем заменить кремний в микро и наноэлектронных приложениях. Однако, в отличие от полупроводникового кремния, графен не имеет так называемой запрещенной энергетической зоны между валентными электронами и электронами проводимости. А, тем не менее, наличие этой зоны является одним из основополагающих моментов для реализации электронных схем, ведь именно она позволяет управлять режимами проводимости материала (то «включать», то «выключать» поток свободных носителей тока).
Одним из способов искусственного создания запрещенной зоны является формирование полос из графена. До сих пор подобные объекты формировались из больших листов графена методом «отрезания» (например, с помощью углеродных нанотрубок). Эти методы позволяли создать относительно широкие полосы (шириной около 10 нм) с достаточно грубыми краями. Но для создания электронных устройств ленты должны быть намного уже, при этом их края должны быть гладкими, т.к. серьезные отклонения от «идеально-зигзагообразной» формы края значительно влияют на свойства всего объекта.
Новая техника, предложенная совместной группой ученых из Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa, Швейцария) и Max Planck Institute for Polymer Research (Германия), буквально перевернула представления научного мира о графеновых лентах. В первую очередь техника предполагает формирование наноструктур не от большего к меньшему, как это делалось ранее, а от меньшего к большему, причем химическими методами.
Методика подразумевает предварительное распределение под высоким вакуумом по золотой или серебряной поверхности специально созданных мономеров. После чего под внешним воздействием мономеры объединяются в цепи полипэнилина. При нагревании созданная структура лишается атомов водорода, в результате чего цепи соединяются таким образом, что формируются плоские ленты графена толщиной всего в 1 атом и длиной 50 нм.
Созданные таким образом полосы достаточно узки для того, чтобы иметь широкую запрещенную энергетическую зону, т.е. в них открыта возможность внешнего управления проводимостью. Но самое главное достижение данного метода в том, что края сформированной ленты получаются достаточно гладкими (причем в каждом конкретном случае форма зависит от первоначально использовавшихся мономеров). Исследования показывают, что использование мономеров с азотом или бором помогут создавать полосы графена с избытком положительных или отрицательных свободных носителей тока. Таким образом, в ближайшем будущем можно ожидать создания p-n перехода на их основе.
Сами ученые считают, что их открытие – важный шаг при переходе от кремниевой микроэлектроники к графеновой наноэлектронике. Кроме того, группа уже наблюдала изменение магнитных свойств графеновых лент, в зависимости от формы края. Очевидно, что разработки в данном направлении продолжатся.
Также по теме:
- Дефекты – отличный способ повысить проводимость графена
- Лаборатория IBM провела ИК-анализ свойств графена
Источники: