Графен сделали пьезоэлектриком

Согласно информации, опубликованной в журнале ACS Nano, инженерам из Стенфордского университета в сотрудничестве со специалистами Национальной лаборатории Лоуренса Беркли удалось дополнить впечатляющий перечень достоинств чудо-материала графена, заставив его работать ещё и в качестве в качестве пьезоэлектрика.

Помимо способности генерировать электрический заряд при механической деформации, пьезоэлектрики демонстрируют и обратный эффект, изменяя форму под действием электрического поля. Свойства пьезоэлектриков открыли им путь в бесчисленные приложения — от электронных часов и генераторов ультразвука, до поджигателей пропановых горелок, однако везде требуется задействовать относительно большие количества таких материалов. Применительно же к графену — моноатомной двумерной структуре углерода — это обеспечивает уникальные возможности манипулирования объектами на наноуровне.

Используя высокопроизводительное компьютерное моделирование, инженеры имитировали внедрение атомов в графеновую решетку, процесс, называемый легированием, и измеряли пьезоэлектрический эффект. В моделировании ими применялись для легирования атомы лития, фтора, водорода, калия, а также их сочетания. Одностороннее легирование, или двустороннее, но разными атомами, служило для нарушения совершенной симметрии графена, делавшей невозможным пьезоэлектрический эффект.

Результаты численного эксперимента были неожиданными для исследователей. В то время как они надеялись зафиксировать хотя бы незначительные признаки пьезоэлектрических свойств модифицированного графена, проявившийся эффект оказался сопоставим по уровню с характеристиками традиционных трехмерных пьезоэлектриков. Ученым удалось еще больше улучшить результат, применив селективное легирование отдельных участков решетки графена.

Ученые предвидят, что их открытие позволит внедрить пьезотехнологии в нанотрубки и прочие наноматериалы для широкого спектра приложений электроники, фотоники, генерирования энергии, химических сенсоров и высокочастотной акустики.