Как создать «идеальный» графен

Как создать «идеальный» графен

Из-за своей двумерной природы лист графена атомарной толщины непросто не только сделать (с этим, впрочем, недавно разобрались), но и сохранить в приемлемом виде и качестве. Если его не защищать, обычное механическое повреждение легко сорвёт атомы углерода с того или иного участка, и прибор на графене можно выбрасывать. Но и защита не всегда помогает. Да, графен можно покрыть слоем полимера, однако и он проще простого может «прилипнуть» к слою атомов углерода, разорвав его и внеся «загрязнения».

Учёные из Колумбийского университета (США) во главе с Кори Дином (Cory Dean) попытались усыпить одним камнем сразу двух длинноухих: защиту графена от загрязнителей они совместили с реализацией одномерного электрического контакта по краю изолированной графеновой пластинки.

Зачем нужно второе? Дело в том, что, как нас давно учат теоретики, если бы электрический контакт удалось создать не с двумерной графеновой поверхностью, а с одномерным «краем» графеновой пластинки (то есть вдоль линии толщиной в атом), то параметры такого контакта были бы куда лучше. Электронам просто «не пришлось бы выбирать», куда течь, ибо дорога для них была бы открыта фактически лишь в одну сторону.

Материаловеды попробовали добиться сразу обеих целей, «упаковав» графеновые слои между парой слоёв нитрида бора. «Нитрид бора, как и графен, — плоский лист толщиной в атом, — комментирует г-н Дин. — Когда две плоские поверхности входят в контакт, между ними возникает экстремально большая сила Ван дер Ваальса, что создаёт мощное притяжение». Поэтому исследователи смогли использовать листы нитрида бора как средство для отделения листа графена, на другую сторону которого затем «приклеивали» ещё один лист нитрида бора. Так получился бор-графеновый сэндвич с любым заданным числом слоёв.

Конечно, при этом неизбежно смешивание слоёв на периферии. Однако последующая плазменная обработка позволила «зачистить» края, куда затем можно было напылить металлы для создания электрического контакта.

Испытания подвижности электронов, вводимых в край графенового листа, показали, что при низкой температуре электроны в графеновой «начинке» сэндвича движутся вообще без рассеивания. Г-н Дин отдельно подчёркивает, что в принципе такой метод создания контакта с одномерной поверхностью приложим и к любому другому слоистому материалу толщиной в атом.

Как замечает Питер Лилжерот (Peter Liljeroth) из Университета Аалто (Финляндия), метод безполимерного изготовления «исключительно важен для создания высокопроизводительных устройств на графене». И действительно, если мы когда-нибудь увидим графеновую электронику, то для неё потребуется чистота, которая на полимерных подложках и защитных слоях недостижима.

Кроме того, продолжает финн, «для графеновых устройств одномерный контакт — новинка фундаментальной значимости, и вообще, исследователям впервые удалось добиться одномерного контакта на двумерном материале».

Отчёт об исследовании опубликован не где-нибудь, а в Science.

Подготовлено по материалам Королевского химического общества.