Наблюдение атомов на границе листа графена
 Схематическое изображение процесса исследования пограничного атома листа графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах. Известно, что с изменением масштаба электронные свойства отдельных элементов и материалов начинают радикально меняться. Таким образом, разработчикам требуются новые техники для подбора характеристик таких устройств. Например, графен (двумерный лист атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку) весьма перспективен для создания наноэлектронных устройств будущего благодаря своим уникальным свойствам, в частности, чрезвычайно высокой электрической проводимости. Однако теория этого материала разработана для случая «бесконечного» листа. В реальности же его физические свойства в значительной степени зависят от расположения атомов на границах листа конечного размера.
Сам графен уже достаточно хорошо изучен при помощи просвечивающего электронного микроскопа (transmission electron microscopy, TEM) и сканирующей туннельной микроскопии (scanning tunnelling microscopy, STM). Но подобные исследовательские техники не способны давать информацию об объектах атомарного размера, т.е. не подходят для исследования краев листа. Уже достаточно давно существуют методики исследования в масштабах отдельных атомов, однако они используют высокоэнергетические пучки и повреждают углеродный образец, прежде чем интересующие спектры могут быть получены. Еще одной практической сложностью является то, что для построения такого прибора требовались чрезвычайно высокие напряжения (для формирования высокоэнергетических пучков).
Но ученые из Японии смогли найти решение этой проблемы. Они применили низковольтную микроскопию для получения спектра отдельного атома на границе листа графена. При помощи модификации идеологии электронного микроскопа, они смогли сделать устройство, работающее на пучках с относительно низкой энергией, не превышающей пороговое значение «разрушения». Таким образом, исследователи получили возможность отображать интересующие их свойства пограничных атомов, а также фиксировать разницу между атомами углерода, имеющими разное число связей с «соседями».
Помимо непосредственных исследований границ листа графена, техника демонстрирует разницу между нереактивными и реактивными атомами вблизи границ листа, т.е. в будущем могла бы помочь обнаруживать реактивные атомы и в отдельных молекулах, предсказывая, каким образом будут взаимодействовать сложные органические комплексы, например, белки.
Дальнейшие исследования направлены на развитие техники с целью применения ее на других веществах. Первым объектом для исследований могут стать атомы кремния в фотогальванических цепях.
Также по теме:
Источники: