Графеновые наноленты показали необычайные свойства

Давние проблемы графена с запрещённой зоной не раз вызывали разговоры о том, что вместо копирования структур сегодняшней кремниевой электроники графеновым устройствам стоит использовать новые схемы работы. Свежее исследование показывает, что это не такая уж завиральная идея.

Вальтер де Хеер (Walt de Heer) из Технологического института Джорджии (США) уверен: пора прекращать думать о графене, словно о кремнии, ведь у него свои черты, совершенно уникальные, позволяющие производить на его основе то, что с кремнием сделать просто невозможно.

Вальтер де Хеер у установки по выращиванию графеновых нанолент (здесь и ниже иллюстрации Rob Felt).

В частности, он показал, что наноленты из графена шириной порядка 40 нм имеют сопротивление, описываемое совсем другими принципами, нежели классическое сопротивление медного, скажем, провода.

Вдоль краёв такой наноленты электроны движутся весьма свободно, и даже если температура окружающей среды растёт, эта проводимость не меняется; более того, проводимость остаётся постоянной даже при варьировании тока, протекающего через проводник.

В то же время у графеновых нанолент налицо чувствительность к вещам, которые никак не влияют на обычный провод: к примеру, их сопротивление нельзя измерять. Один измерительный прибор, подключённый к наноленте, вдвое поднимает её сопротивление, а два — втрое. «Электроны ударяются об измерительный прибор и рассеиваются, — поясняет г-н де Хеер. — Это как ручей, на пути которого встретился камень».

Чтобы научиться изготавливать наноленты со стабильными параметрами, их производили по одной процедуре: на кремниевой подложке с нанесённым на неё углеродом после нагрева до тысячи градусов кремний «предпочитал» отслаиваться по краям, создавая при отрыве графеновые наноленты, параметры которых задавались заранее посредством искусственных неровностей на заготовках. Этот одноступенчатый процесс прост и сравнительно технологичен, а края у нанолент получаются предельно ровными и бездефектными. Обычные же технологии имеют на выходе слишком грубые ленты, в которых баллистический перенос электронов невозможен.

Измерения проводимости графеновых нанолент на отрезках до 16 мкм показали, что она превзошла лучшие результаты по обычному графену на два порядка и вдесятеро — лучшие теоретически предсказания минимально возможного для этого материала сопротивления.

Новая технология позволят делать ленты с чёткими краями, обеспечивающими баллистический перенос электронов.

«Это может привести к новым методам изготовления электроники. Уже сейчас мы способны управлять этими электронами и переключать их даже рудиментарными средствами, перекрывая поток и открывая его вновь, — поясняет Вальтер де Хеер. — Новый вид переключателей для этого материала уже на горизонте».

Несмотря на то что практические успехи исследователя очевидны, их теоретическое обоснование пока туманно. Как именно обеспечивается столь низкое сопротивление? Г-н де Хеер полагает, что в лентах имеет место необычный процесс переноса электронов, в чём-то сходный со сверхпроводниками. «Нужны серьёзные фундаментальные исследования, чтобы понять, что именно мы наблюдем, — говорит он. — Однако, как нам кажется, уже сейчас очевидна реальная возможность создания на такой базе новой графеновой электроники».

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Технологического института Джорджии.