Ученые до сих недостаточно осведомлены о свойствах высокоэффективного проводника графена для должного контроля за электрическим током.

Графен, одноатомный слой углерода, проводит электричество настолько эффективно, что электроны в нем сложно контролировать. Но обеспечить контроль необходимо до того, как этот удивительный материал начнут использовать для создания наноразмерных транзисторов или других устройств.

Новое исследование, проведенное учеными из университета Висконсина, помогло выявить новые особенности перемещения электронов в двумерном листе графена, наслоенном поверх полупроводника.

Ученые показали, что когда электроны меняют маршрут в интерфейсе графена и его полупроводниковой подложки, они сталкиваются с тем, что известно как барьер Шоттки. Если барьер достаточно глубок, электроны не проходят, пока положение не будет исправлено с помощью электрического поля — многообещающий механизм для включения и выключения устройств на основе графена.

Также ученые установили еще одну особенность графена, которая влияет на высоту барьера. На графене формируется рябь, когда он помещен поверх полупроводника.

Группа исследователей во главе с профессорами Лианем Ли и Майклом Вейнертом, а также аспирантом Шивани Раджпут провели эксперимент с полупроводником карбида кремния. Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Обнаруженная рябь аналогична волнистости листка бумаги, смоченного водой и затем высушенного. За исключением подобного случая толщина листа составляет 1 нанометр.

«Наше исследование показало, что рябь влияет на высоту барьера, и даже незначительное ее изменение приведет к существенной смене в перемещении электронов», отметил Ли.

Чтобы гарантировать, что ток включен или выключен по всему листу, барьер должен быть одинаковой высоты везде.

«Это назидательная история», сказал Вейнерт, чьи подсчеты обеспечили теоретический анализ. „Если вы соберетесь использовать графен для электронных нужд, то столкнетесь с данным явлением, которое потребуется обойти“.

С учетом множества влияющих на барьер условий потребуется больше работы, чтобы определить, какие полупроводники лучше всего подойдут для создания транзисторов на основе графена.

Исследование также предоставляет новую возможность. Способность управлять условиями, влияющими на барьер, сделает возможной проводимость сразу в трех измерениях. Подобная трехмерная проводимость потребуется ученым для создания более сложных наноустройств.