Получены новые результаты исследования свойств графена

Нерегулярные выпуклости и впадины больших размеров не влияют на прохождение электрических зарядов через лист графена атомарной толщины. Однако одиночные «выбоины» (одноатомные дефекты) имеют существенное влияние на электронный поток. Таков главный вывод, сделанный исследователями из Национального института стандартизации и технологии (NIST) и технологического института Джорджии (GTI).

Группа исследователей создала детальную карту электронной интерференции в графене для того, чтобы разобраться, как дефекты двумерных углеродных кристаллов влияют на проходящий электронный поток. Эти результаты, пишут ученые в статье очередного выпуска журнала Science, могут применяться при разработке наноэлектронных компонент на базе графена.

Графен, материал в виде одинарного слоя атомов углерода, долгое время представлялся ученым исключительно как абстрактная идея, поскольку был слишком нестабильным и легко сминался. Его свойства рассчитывались теоретически. В частности, было предсказано свойство «баллистической проводимости», означающее, что электроны в кристалле графена двигаются с высокой скоростью, так же, как фотоны в вакууме, и не сталкиваются с атомами кристалла. Это давало возможность создать материал отличной электропроводности для соединительных элементов и других компонентов наноразмерной электроники.

Предполагалось, что дефекты и нерегулярности в графеновом кристалле могут быть причиной «отскакивания» электронов или рассеяния электронного потока. Поэтому ученые задались целью точно выяснить, какие дефекты приводят к рассеянию электронного потока, и насколько сильным оно может быть в связи с наличием дефектов в кристалле.

Для ответа на этот вопрос объединенная команда исследователей из NIST и GTI вырастила слои графена на подложке из карбида кремния и провела картографирование полученных листов при помощи специально спроектированного сканирующего туннельного микроскопа.

Результаты оказались совершенно не такими, как предполагали ученые. Нерегулярности в подложке привели к появлению углублений и горбов на графеновом листе, но эти относительно большие складки практически не влияли на прохождение электронов. Напротив, потеря отдельных атомов в кристаллической решетке приводила к сильному рассеянию, появлению интерференции вокруг этих участков. После детального анализа интерференции исследователи сочли поведение электронов в графеновом листе подобным поведению фотонов, даже в наноразмерном диапазоне.