Чем волнистый графен лучше плоского?

Чего только не сделаешь с материалом, чтобы превратить его в полупроводник!

Чтобы графену, «нашему всему» в электронике, иметь в последней хоть какие-нибудь перспективы, ему нужно стать полупроводником — то есть его переключением между проводящим и диэлектрическим состояниями надо научиться управлять. Кажется, специалисты из Корнеллского университета (США), ведомые профессором физики Полом Макьюэном (Paul McEuen), сделали существенный шаг в этом направлении.

Обсчитав свою задумку сначала в модели, исследователи попробовали на практике наращивать графен в нескольких слоях, проходящих один над другим. Таким образом, в их экспериментах использовался двухслойный графен, который формировал не регулярную сетчатую структуру атомов углерода (расположенных, как предписывают г-да Гейм и Новосёлов, в один слой — к чему мы все привыкли), а нечто вроде сморщенного ковра, который вы пытаетесь постелить на полу в комнате, что заведомо меньше самого ковра.

Грубо говоря, обычный графен слишком «плоский», чтобы по желанию затруднять электронам движение в ту или иную сторону. (Иллюстрации Muller lab.)

Важно и то, что такие складки имели регулярный и предсказуемый характер, и это позволило получить нечто вроде солитонов — структурно устойчивых одиночных волн.

Ранее считалось, что если научиться выращивать двухслойный графен, то он, возможно, будет полупроводником на всём своём протяжении. Однако исследователи и теоретически, и экспериментально доказали, что гребни «волн» оказались проводящими, легко позволяя электронам путешествовать по графену, а остальная (плоская) поверхность стала полупроводниковой.

Это значит, что в новой модификации графена есть как одномерные каналы высокой проводимости, так и участки, потенциально пригодные для использования в транзисторах.

А вот пресечённая волнами поверхность двухслойной модификации этого материала может иметь полупроводниковые участки, но пока их слишком часто пересекают гребни проводящих солитонов.

Теперь физики мечтают научиться манипулировать обнаруженными свойствами, сократив количество токопроводящих каналов на единицу площади и используя их как провода, ведущие к транзисторам. В качестве факультативного задания можно поискать пути ликвидации проводимости для солитонов, чтобы избежать утечек электронов из полупроводниковых графеновых листов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Корнеллского университета. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.