Оксид графена поглощает инфракрасное излучение
 Лабораторная установка, позволившая наблюдать поглощение инфракрасного излучения в оксиде графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен представляет собой плоскую углеродную структуру, толщиной всего в 1 атом, где углерод формирует гексагональную кристаллическую решетку. На сегодняшний день за счет своих механических и электронных свойств графен всерьез рассматривают в качестве замены для кремния в электронных устройствах будущего. Прототипы электронных компонент на основе этого удивительного материала уже создаются учеными по всему миру, к примеру, мы не так давно сообщали о потенциальной возможности создать на основе графена ультрабыстрые транзисторы. Все это возможно благодаря тому, что свободные электроны в графене (носители заряда) могут перемещаться практически не испытывая сопротивления кристаллической решетки (за счет отсутствия в решетке третьего измерения), т.е. ведут себя как релятивистские частицы без массы покоя. Таким образом, электроны путешествуют через графен на чрезвычайно больших скоростях, что определяет крайне высокую проводимость данного материала.
Однако в реальном мире графеновые плоскости не могут быть бесконечными. А многие свойства данного материала зависят от форм границ листа. Варьировать электронную структуру графена можно простым изменением формы границы, но к гораздо большему эффекту приводит добавление отдельных атомов другого вещества. Так, к примеру, добавление атомов кислорода на границе листов (создание окиси графена) формирует новые состояния на уровне Ферми, превращая графен из проводника в изолятор (т.е. материал, не имеющий свободных носителей заряда). Как оказалось, в этой ситуации будут наблюдаться и другие интересные эффекты.
Так группа ученых из University of Texas и Rutgers University (США) наблюдала чрезвычайно высокое поглощение инфракрасного излучения в определенном диапазоне при уменьшении площади такого «специального» листа оксида графена. Согласно проведенным наблюдениям, поглощение наблюдается, только если все кислородные атомы удалены из областей, соседствующих с границами (т.е. присутствуют лишь на самих границах). Очевидно, что явление не может быть объяснено при помощи обычной теории поглощения инфракрасных лучей, т.к. «стандартное» наблюдение основано на присутствии свободных носителей заряда, которые никогда не удавалось ранее наблюдать на оксиде графена.
Ученые предполагают, что сходные явления можно будет найти и в других углеродных структурах (например, нанотрубках). Детальные результаты исследований были опубликованы в журнале Nature Materials.
Новые исследования открывают широкие перспективы перед практической наукой. В частности, они позволяют прогнозировать создание наноустройств, работающих в качестве эмиттеров, полосовых фильтров, тепловых инфракрасных датчиков для приборов ночного видения и адсорберов энергии солнца.
Также по теме:
Источники: