Новый метод позволяет изготавливать полоски графена шириной 3 нм

Группа исследователей университета Висконсин-Милуоки (UWM) усовершенствовала способ, позволяющий изменить электронные свойства графена и заставить этот высокоэффективный проводник электричества действовать как полупроводник, подобный кремнию.

Для этого плоскость графена разрезается на узкие (шириной примерно с диаметр человеческой ДНК) ленты. Исследуя полоски сканирующим туннельным микроскопом ученые установили, что нужное изменение происходит при толщине в 3 нанометра, и чем уже лента, тем более настраиваемым становится поведение графена.

Известные методы способны давать ленты шириной лишь около 5 нм, которая слишком велика для требуемой трансформации. Поэтому коллектив UWM разработал новую технологию резки, о чем сообщается в выпуске Nature Communications за 2 июля.

Графен помещают в водородную среду и на него наносят железные наночастицы. Последние действуют как катализатор, заставляя атомы углерода и водорода вступать в реакцию. При этом образуется газ, а в графене остается прорезь. Управлять процессом разрезания можно точно контролируя давление водорода.

Беспорядочное продвижение железных наночастиц дает ленты разной ширины, вплоть до одного нанометра. Кроме того, этот метод обеспечивает нужное расположение атомов на краю: гексагональную решетку в зависимости от выбранного направления можно разрезать так, что край будет зигзагообразным или состоять из трапециедальных выступов. Для полупроводниковой трансформации подходит только зигзагообразный вариант.

Крайние атомы углерода имеют двух, вместо обычных трех соседей, за счет этого создается связь, привлекающая атомы водорода и повышающая концентрацию электронов на краях. Если ширина мала, электроны на противоположных краях все еще могут вступать во взаимодействие, благодаря чему и создается нужное полупроводниковое поведение.

В настоящее время авторы продолжают свои эксперименты. В частности, они пытаются насыщать края кислородом, чтобы таким образом инициировать возвращение металлических свойств в нанополосках графена. Это открыло бы возможность изготовления электронных схем из компонентов атомарного масштаба, сделанных из одного материала, но обладающих разными свойствами.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365