Графен - от теории к практике

Тема графена затрагивалась в наших новостных и научно-познавательных материалах не единожды – именно этот материал, представляющий собой одноатомный слой углерода, рассматривается сегодня учеными и исследователями как один из возможных кандидатов на роль основы микро- и наноэлектроники будущего. Этому способствуют уникальные электронные свойства материала, более того, совсем небольшое изменение состава – добавление одного атома примеси в ячейку графена (так называемый графан) – резко меняет его характеристики на прямо противоположные.

На основе графена инженеры надеются создавать чрезвычайно производительные интегральные микросхемы, на порядки превосходящие современные кремниевые и германиевые полупроводниковые приборы. Однако пока такие многообещающие характеристики графена выявлены, что называется «на бумаге», другими словами, теоретические исследования и эксперименты указывают на потрясающие возможности графена, которые еще только предстоит реализовать «в железе». Впрочем, пропасть между теорией и практикой постепенно сужается, в том числе и благодаря исследованиям профессора Иллинойского Университета.

В данном случае речь идет о так называемых нанолентах, изготовленных именно из графена – подобные конструкции, ширина которых составляет всего лишь десятки нанометров, теоретически, идеально подойдут для использования в качестве ультра-быстрых каналов транзисторов. Однако прежде необходимо «вырезать» наноленты из листа графена, ячейки которого имеют гексагональную структуру. Самое удивительное, что на свойства нанолент влияет не только их ширина, но и даже форма ее края – если она зигзагообразная, то такой материал обладает металлическими свойствами. Если же необходимо добиться полупроводниковых свойств, то необходимо создавать структуру со сглаженными краями.

До конца механизм изменения свойств графена в зависимости от его формы еще пока не изучен. Изначально листы графена обладают металлическими свойствами (то есть, являются отличными проводником), однако когда ширина листов снижена до нескольких нанометров происходит резкое изменение свойств материала, что обуславливается появлением так называемых запрещенных энергетических зон для электронов, превращающих материал в полупроводник.

Достижение исследователей как раз и заключается в демонстрации уникальных возможностей графена, но уже не в теории, а на практике – изготовив наноленты графена с различным типом краев (зигзагообразных и сглаженных) и измерив их свойства ученые практически подтвердили теоретические гипотезы о превращении графена из металла в полупроводник.