Ученые из России и Франции создали квантовые точки на основе графена размером в несколько десятков нанометров. Этого удалось добиться благодаря бомбардировке пленки фторированного графена ионами ксенона. О своей работе исследователи сообщили в журнале Nanotechnology.

Квантовая точка — это полупроводниковая частица, в которой электроны находятся в потенциальной яме, то есть «заперты» и не могут свободно двигаться по всему кристаллу. Квантовые точки находят применение в медицине и биологии в качестве флуоресцирующих меток, в физике и электронике в качестве основы для одноэлектронных транзисторов и логических элементов квантового компьютера, а также много где еще.

Вычислительные устройства на основе квантовых точек обычно очень чувствительны к внешним шумам, поэтому для повышения точности вычислений их охлаждают до сверхнизких температур.

Но теперь исследователи из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН вместе с российскими и зарубежными коллегами представили квантовые точки на основе графена, устройства из которых могут работать при более высоких температурах и не требуют серьезных затрат на охлаждение. Ранее из графена уже создавали квантовые точки. Для этого материал «нарезали» на небольшие частицы. Но при этом края образовавшихся фрагментов окислялись, и у полученных квантовых точек уменьшались практически важные свойства, такие как электропроводность и подвижность носителей заряда.

Чтобы обойти это ограничение, авторы новой работы решили создать квантовые точки на основе фторографена — обычного графена, часть атомов которого соединена с атомами фтора.

Взяв за основу этот материал, исследователи облучили его ионами ксенона с энергиями от 26 до 167 МэВ. Благодаря кратковременному и мощному выделению тепла во время пролета иона материал фторографеновой матрицы локально расширялся и восстанавливался до графена вблизи траекторий движения ионов. Помимо самого синтеза, ученые предложили модель процесса.

«По-видимому, облучение разрушает отдельные частицы фторированного графена, из которого состоят пленки. Это приводит к формированию небольших — 20–40 нанометров в диаметре — гранул с квантовыми точками. Интересно, что затем гранулы “слипаются” в более крупные сферические образования. Мы не ожидали увидеть подобный процесс, но смогли наблюдать его в эксперименте и подтвердили с помощью моделирования», — отметила первый автор работы, научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН Надежда Небогатикова.