Полосы графена изучают на уровне отдельных атомов

Статья коллектива Пенсильванского университета, рассказывающая о пионерских исследованиях взаимосвязи электронных характеристик графена с особенностями его атомной структуры, была написана при участии соавторов из бельгийского Католического университета и Национального университета Сеула (Корея), и опубликована в журнале Nano Letters.

Углубленное понимание этой взаимосвязи будет необходимо для проектирования интегральных схем, компьютерных чипов и других электронных устройств на основе графена.

В описываемых в статье экспериментах был задействован трансмиссионный электронный микроскоп с коррекцией искажений AC-TEM Брукхэйвенской национальной лаборатории. Фокусируя его электронный луч исследователи могли разрезать листы графена на ленты шириной до 10 нм, не нарушая их подключение к источнику электроэнергии за пределами микроскопа.

Нанометровое разрешение AC-TEM позволяло различать индивидуальные атомы углерода, и определять их расположение на краях графеновых лент, влияющее на свойства электронного транспорта.

В зависимости от направления разрезания лент их граница может иметь разную геометрию, а электрические свойства — меняться от металла до полупроводника.

Исследователи тестировали полоски графена, постепенно увеличивая силу пропускаемого через них тока. В сочетании с бомбардировкой электронами это приводило к разрушению структуры нанолент. Углеродные связи внутри них разрывались и форма границ менялась, что предоставляло дополнительные экспериментальные данные. Доведя этот процесс до конца, авторы смогли измерить ток в нанолентах шириной менее нанометра или всего в пять атомов.

Подобные эксперименты имеют важное значение для понимания возможностей будущих устройств графеновой электроники. Так, оказалось, что максимальное значение тока, разрушающее наноленты графена, значительно выше, чем у меди. Экстремальные условия вызывают складывание некоторых полосок с образованием миниатюрных петель. Они дополнительно укрепляют структуру проводника, что и позволяет ему выдерживать плотность тока, тысячекратно превышающую возможности других материалов. Кроме того, по мнению авторов, петлевые структуры могут оказаться полезны для создания межсоединений в интегральных схемах.