Совместная группа исследователей из США и Испании изобрела новый инструмент атомарного размера для работы с графеном. Инструмент состоит из одного единственного атома кремния, направляемого при помощи пучка электронов, который позволяет создавать ультрачистые структуры из углеродного материала, поскольку дает возможность преодолеть так называемую «проблему жирных пальцев» в нанопроизводстве.

В перспективе инструмент может использоваться для создания чистого края углеродного материала, а также для изготовления разнообразных наноструктур на его основе.

Таким образом, инструментарий будет чрезвычайно полезен для молекулярной электроники. В будущем ученые также планируют с его помощью создать материал с нанопорами для работы с молекулами ДНК.

Для работы с графеном группа ученых Harvard University, FEI Corporation и Lawrence Berkeley National Lab (США), а также их коллеги из Graphenea Ltd (Испания) в рамках своих экспериментов использовали обычный атом кремния.

Принцип действия такого «инструмента» во многом напоминает зубило, когда кинетическая энергия молотка позволяет отколоть кусок материала, к примеру, древесины. «Атомное зубило», созданное учеными, работает по тому же принципу, а его движения контролируются при помощи высокоэнергетических пучков электронов (по аналогии с электронным микроскопом).

Кинетическая энергия электронов в пучке помогает выборочно отколоть несколько атомов углерода от листа графена, получая, таким образом, чистые отверстия или грани углеродного материала.

Экспериментальная методика, разработанная учеными, позволяет наблюдать за процессом дробления углеродного слоистого материала в режиме реального времени с помощью микроскопа. Все процедуры при этом никак не влияют на сам атом кремния.

Разработанную методику ученые уже применили для создания пор в графене различных размеров, а также формирования чистого края у фрагмента материала. Практика показала, что

инструмент позволяет преодолеть так называемую «проблему жирных пальцев», т.е. фундаментальную проблему нанопроизводства, препятствующую созданию произвольной конструкции из заданного набора атомов посредством стороннего инструмента.

В перспективе предложенная учеными технология может использоваться для создания самых разнообразных наноструктур, в частности, устройств молекулярной электроники на основе графена и других слоистых материалов. Молекулярные устройства обещают быть меньше, быстрее и легче настраиваться, по сравнению с привычными нам транзисторами и логическими переключателями.

А предложенная техника позволит управлять их конструкцией для изменения проводимости, а также формирования тонких нанолент и наночешуек, которые в перспективе могли бы сыграть роль квантовых элементов в логических устройствах.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

По словам исследователей, сейчас они заняты поиском аналогичных инструментов на основе атомов других элементов (помимо кремния). Кроме того, они стараются найти способ лучше контролировать процесс дробления материала с помощью внешних воздействий, к примеру, электрического тока, механической нагрузки и, возможно, даже температурного градиента.