УЧЕНЫЕ ОТКРЫЛИ НОВОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ, НЕ ИМЕЮЩЕЕ АНАЛОГОВ

Графен — необычная аллотропная модификация углерода, состоящая всего из одного слоя атомов, уже не раз обнаруживала все новые и новые неожиданные свойства.

В журнале Science от 30 июля опубликована статья, подписанная межинститутской группой американских ученых под руководством Майкла Кромми, сотрудника отдела материаловедения в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и профессора физики в Калифорнийском университете в Беркли. Ученые сообщают о создании псевдомагнитных полей, намного больших по силе, чем любые магнитные поля, когда-либо получаемые в лабораторных условиях — и все это лишь приложением механического напряжения к листу графена.

«Мы экспериментально показали, что тогда, когда графен растягивается с образованием нанопузырей на платиновой подложке, электроны в нем ведут себя так, как если бы они были подвержены действию магнитного поля индукцией свыше 300 тесла — хотя никакое магнитное поле к ним не прикладывалось», — пишет Кромми. «Это совершенно новое физическое явление, не имеющее аналогов». Текущий рекорд для полученного в лаборатории традиционным путем постоянного магнитного поля — 85 тесла, выше магниты просто разрушаются сами собой.

В данном случае никакого магнитного поля нет, но электроны все равно ведут себя так, как будто к ним приложено магнитное поле с невероятной индукцией в сотни тесла — в десятки миллионов раз сильнее магнитного поля Земли.

Сама идея появления псевдомагнитных полей при деформации графена была высказана теоретиками совсем недавно — в начале 2010 года испанский физик Франциско Гинеа из Мадридского института материаловедения предсказал, что при растягивании графена по трем кристаллографическим направлениям электроны в нем будут вести себя подобно электронам в сильном магнитном поле. Причиной этого является изменение длины связей между атомами и, следовательно, движения свободных электронов между ними. Гинеа также является одним из авторов данной работы.

В классической физике электроны в магнитном поле двигаются по циклотронным орбитам, имеющим форму окружности. В квантовой механике, однако, циклотронные орбиты квантуются, делясь на дискретные энергетические уровни (уровни Ландау). Количество электронов на каждом уровне зависит от силы магнитного поля — чем сильнее поле, тем на более высокие уровни «забираются» электроны и тем больше электронов на каждом уровне. Именно это и происходит в деформированном графене, но без магнитного поля.

Это удивительное явление было открыто почти случайно, при исследовании слоев графена на платиновой подложке с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Обнаружив аномальные изменения электрического тока в графене, Кромми показал их теоретику из Бостонского университета Антонио Кастро-Нето, находившемуся в лаборатории имени Лоуренса совершенно по другому вопросу.

Микроскопия показала появление на поверхности графена нанопузырей — треугольных деформаций, похожих по форме на маленькие пирамидки высотой от четырех до десяти нанометров. Нарушение плотности электронных состояний было связано именно с ними. Эффект проявляется даже при комнатной температуре.

Данная работа открывает широчайшие перспективы в науке и технологии, обещая множество важнейших практических приложений и фундаментальных научных открытий — и все это благодаря необычным свойствам графена.

Кроме Кромми, Гинеа и Кастро-Нето, авторами работы являются Нив Леви, Сара Берк, Кэси Микер, Мелисса Панласигви и Алекс Зеттль. Работа была профинансирована Управлением по науке Министерства энергетики США и Научно-исследовательским управлением ВМС США.

Источник: Информнаука со ссылкой на Sciencemag.org

ИССЛЕДОВАТЕЛИ ВПЕРВЫЕ ПОЛУЧИЛИ КРУПНЫЕ ЛИСТЫ ГРАФЕНА

Графен – замечательный материал, это полоски углерода толщиной всего в один атом, этот материал обладает уникальными свойствами – проводит электроны и при этом прозрачен. Эти свойства позволят использовать графен в будущем как прозрачный проводник, такие материалы находят применение в телевизорах и дисплеях компьютеров. До недавнего времени этот материал не удавалось получить в количествах больше чем кусочек длиной в несколько сантиметров. И вот недавно исследователи смогли создать прямоугольный лист графена с диагональю 76 сантиметров, ученые надеются в будущем создавать интерактивные дисплеи на основе таких листов.

Углеродные монослои графена были впервые получены в 2004 году. С тех пор ученые озабочены проблемой - как получить крупные листы этого ультратонкого материала. В прошлом году группа химика Родни Руоффа из Университета Техас в Остин смогла вырастить сантиметровые квадратики графена на медной фольге.

Недавно группа исследователей под руководством Джон Хьюн Ан и Бьюнг Хе Хон из Университета Сунгкьюнкван в Южной Корее сообщила, что они смогли получить лист графена гораздо большего размера, чем группа из Техаса, и полученные листы графена ученые надеются использовать для создания полноразмерных дисплеев.

Исследователи из Кореи использовали сначала метод под названием «CVD-процесс», при котором подложка помещается в пары определенного вещества, и за счет проходящей химической реакции на подложке откладывается тонкий слой получаемого вещества. Таким образом, корейские ученые вырастили графен на подложке из медной фольги. Затем они добавили тонкий адгезивный полимер на поверхность графена и растворили медную подложку. Лист графена приклеен на полимере. Ученые повторили процедуру четыре раза и прикрепили четыре слоя графена один на другой. Затем ученые химически обработали такой графеновый сэндвич азотной кислотой, чтобы улучшить электрическую проводимость.

Полученная пленка пропускает 90% света и имеет очень маленькое электрическое сопротивление. Ученые также обнаружили, что графен улучшает свойства интерактивного экрана, когда они совместили экран с листом графена.

«Потенциально это очень важный шаг в графеновых технологиях!» - сказал Руофф из Университета Техас в Остин. Он предупреждает, однако, что использование графена для интерактивных экранов – не такая простая задача. В течение многих лет компании работали над проблемой использования пленки из углеродных нанотрубок для интерактивных экранов, но небольшие дефекты пленок ведут к «мертвым пикселям» на экране. Но индиум, используемый в современных интерактивных экранах, очень дорог, поэтому компании надеются перейти в будущем на более дешевый графен. Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на sciencenow.

РОССИЙСКИЙ ТЕОРЕТИК ПОДГОТОВИЛ ПОЧВУ ДЛЯ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Пётр ОБРАЗЦОВ

Российский теоретик Иван Олейник и американский экспериментатор Матиас Бацилл разработали транзистор наноразмера. В результате может возникнуть принципиально новая электроника на углероде.

Из курса средней школы мы знаем, что существуют две основные аллотропные модификации углерода - алмаз и графит. Материаловеды знают гораздо больше: карбин и фуллерен, нанотрубки и самая популярная в последнее время модификация графен. За открытие этого вещества, представляющего собой плоский слой из атомов углерода в углах шестигранника, в прошлом году получил престижную Европейскую премию имени Кёрбера наш соотечественник Андре Гейм, который до отъезда из России назывался Андреем Константиновичем Геймом (см. "Известия" от 30.04.2009).

Графен отличается чрезвычайно интересными физическими свойствами. Этот материал в зависимости от ситуации может служить и прекрасным проводником, и полупроводником, а при модифицировании - изолятором. Другими словами, из графена могут быть изготовлены практически все компоненты современной электроники. Само по себе это весьма интересно - сейчас приходится использовать десятки элементов таблицы Менделеева. (Подобную идею еще лет 30 назад высказал писатель Вадим Шефнер. В его повести "Девушка у обрыва, или Записки Ковригина" вместо металлов, дерева, пластмасс и т.д. использовалось только одно вещество аквалид, представляющее собой воду в разных состояниях.)

Участие наших соотечественников в изучении графена продолжается. Только что работающие в Университете Южной Флориды (США) российский теоретик Иван Олейник и американский экспериментатор немецкого происхождения Матиас Бацилл вырастили графен толщиной в один атом на поверхности кристалла никеля. Это не новость - так графен и выращивают. Другим способом, кстати, является простое отшелушивание слоев графена с карандашного графита.

Революционным достижением международной группы ученых является создание дефектной полоски между двумя графеновыми листами. Самое интересное, что этот дефект представляет собой не инородные атомы, а структуру из тех же самых атомов углерода, только уложенных не в шестиугольники, а в восьми- и пятиугольники. Главным свойством этой полоски наноразмера является высокая, "металлическая", электропроводность. В результате, как говорит ведущий научный сотрудник Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, в котором Иван Олейник защищал свою кандидатскую диссертацию, ученые получили сэндвич диэлектрик-проводник-диэлектрик, или слоистый транзистор сверхмалого размера.


Так называемый закон Мура утверждает, что количество транзисторов на кристалле удваивается каждые два года. В последнее время этот экспоненциальный рост явно замедлился, но данное достижение ученых из Университета Южной Флориды может реабилитировать этот закон. Более того, на смену кремниевой электроники может прийти графеновая - может быть, пока еще не поздно, переименовать нашу долину в Сколкове из Кремниевой в Графеновую?


Интересные материалы: