«Викривлений» графен

deformed graphen

На останнє десятиліття ми спостерігали за вибуховим ростом уваги наукової спільноти до графену – адже саме на нього покладали великі надії у створення революції в інтегральних схемах, транзисторах, батареях, сонячних елементах, і багатьох інших сферах технології. Але незважаючи на численні дослідження й розробки, графен за цей час лише зрідка «виходив» за стіни лабораторій. Однієї із причин цього є його неймовірна провідність - він просто занадто ідеальна, і це, як не дивно, заважає у роботі з ним. І от тепер дослідники з Національної лабораторії Берклі вважають, що знайшли причину, чому графен «пручається» будь-яким спробам «приборкати» його провідність.

Справа в тому, що графен проводить електрони практично зі швидкістю світла – приблизно в 100 раз швидше, чим кремній. До того ж, він гнучкий і міцний, що робить його ідеальним матеріалом для безлічі виробничих процесів. У міру того, як ми прагнемо вмістити усе більше транзисторів в усі менший об'єм, підвищена ефективність графена може виявитися для нас безцінною. Але доти вченим має бути знайти спосіб зменшити його провідність, що є абсолютною необхідністю для обладнань із бінарними станами, начебто транзисторів.

Чому ж графен так складно контролювати? Одноатомний шар графену настільки электрично ефективний, що вважається, що він не має забороненої зони (енергетичного діапазону, у якому не можуть існувати станиелектронів, і таким чином, у ньому немає провідності). Напівпровідники мають маленьку, але не нульову заборонену зону, що дозволяє їм «перемикатися» між станами нуля й одиниці дуже швидко. Спроби штучно створити заборонену зону у двошаровому графені виявилися неефективними, але команда з Берклі, схоже, знайшла розв'язок цієї проблеми.

Покриваючи один шар графену іншим для створення двошарової структури, дослідники виявили, що невелика розбіжність у розмірах приводить до незначного скривлення в готовому продукті. І хоча це викривлення може бути ледь помітним – усього 0,1 градуса, це впливає на електричні властивості матеріалу.

Спектрографічний аналіз показав, що вигнутий графен генерує фермиони Дірака з нульовою масою – електрони, які ведуть собе як фотони. Це робить їх непідвласними впливу штучно створеної забороненої зони, яку вчені намагалися сформувати у двошаровому графені. І саме із цієї причини не увінчалися успіхом попередні експерименти по зупинці електронного потоку через графенові компоненти.

Дослідники вважають, що виявлення незначних викривлень у двошаровому графені зробить можливим розробку більш досконалих методів виробництва. Це буде непростим завданням – навіть 10 атомів на квадратний мікрометр матеріалу можуть створити достатнє викривлення, яке буде запобігати дії забороненої зони. Однак тепер науковий світ ще ближче до створення надшвидкої електроніки, а це – вагомий результат.