Ученые из Ренсселеровского Политехнического Института разработали метод управления природой графена. Это открытие вносит ощутимый вклад в работу академических и коммерческих организаций с области массового производства графена для создания графеновой наноэлектроники

Графен, открытый в 2004 году, представляет собой слой атомов углерода, соединенных в двумерную кристаллическую решётку. Графен рассматривается как материал, потенциально способный заменить медь и кремний и служить одним из основных материалов в наноэлектронике.

На рисунке показаны два слоя графена, находящиеся на поверхности подложки из оксида кремния

С помощью подбора материала подложки ученые впервые продемонстрировали возможность влиять на природу графена. Профессору Физического факультета Ренсселеровского Политехнического Института (RPI) Сэрой Наяк (Saroj Nayak) и его группе удалось выявить зависимость проводящих свойств графена от природы подложки (субстрата), на которой он осажден. Найденные эффекты основываются на широкомасштабных квантовомеханических расчетах, которые проводились на суперкомпьютерах Вычислительного Центра Нанотехнологических Инноваций (CCNI) на базе RPI.

Проведенные исследования показали, что если графен осажден на поверхность, в состав материала которой входит кислород, графен принимает свойства полупроводника. Если же материал содержит атомы водорода – тогда графен проявляет металлические свойства.

«Руководствуясь химией поверхности, мы можем управлять способностью графена быть полупроводником или проявлять металлические свойства», – рассказывает профессор Наяк. – «Фактически, мы способны «настраивать» электрические свойства этого материала по своему желанию».

Условно говоря, при любом способе получения графеновых наноструктур часть графена является металлом, а часть – полупроводником. Было бы невозможно физически разделить эти два состояния и добиться получения графена только с металлическими или только с полупроводниковыми свойствами, хотя для изготовления электронных устройств требуются вполне конкретные характеристики материала. Новый метод «настройки» электрических характеристик в графене является ключевым в решении этой задачи.

Графен проявляет великолепные проводящие свойства, и это делает его очень привлекательным для ученых. Даже при комнатной температуре передвижение электронов в нем происходит очень легко – практически со скоростью света и с весьма низким сопротивлением. Это означает, что прослойки графена будут нагреваться меньше, чем медные прослойки того же размера, следовательно в составе электронных устройств графеновые элементы будут вызывать меньше негативных термических эффектов, которые существенно снижают скорость и качество работы чипов.

Результаты работы“Electronic structure and band-gap modulation of graphene via substrate surface chemistry” были опубликованы 19 января 2009 года в журнале Applied Physics Letters.

Мария Костюкова