Физики научились превращать графен в полупроводник



Американские и корейские физики смогли превратить графен в полупроводник – они «вставили» в решетку из атомов углерода отдельные атомы азота, добавив аммиак в газовую среду, где выращивались графеновые пленки, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Группа физиков под руководством Абхая Пасупатхи (Abhay Pasupathy) из Колумбийского университета в Нью-Йорке (США) полагает, что

совершенствование этой методики позволит графену заменить кремний в качестве «строительного материала» для электронных устройств.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Он отличается высокой прочностью и уникальными электрическими свойствами, что делает графен привлекательным для использования в различных областях науки и техники. За создание графена выходцам из России Константину Новоселову и Андрею Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике.

Пасупатхи и его коллеги попытались «вставить» инородные атомы в графеновую решетку очень простым образом – они добавили в смесь метана и водорода, из которых выращивается графен, небольшое количество аммиака. Через некоторое время на фольге из меди, на которой осаждаются атомы углерода, образуется тонкая пленка из атомов углерода и небольших вкраплений атомов азота.

Авторы статьи проанализировали свойства полученных пленок и обнаружили несколько интересных свойств.

Как отмечается в статье, два новых пика в спектрограмме рассеивания света на пленке графена указали на наличие инородных атомов в углеродной решетке.

Фотоэлектронная спектроскопия – способ определения химического состава образца при помощи рентгеновского излучения и фотосенсоров – подтвердила наличие азота в графеновой пленке.



Атомы азота в графеновой решетке.

Электроны атомов азота, «вставленных» в пленку, образуют три равноценных электронных облака, связанных с тремя соседними атомами углерода. Азот лучше углерода притягивает свободные электроны, и поэтому вокруг атома азота скапливается частичный отрицательный заряд, а вокруг атомов углерода – частично положительный.

Ученые сфотографировали поверхность пленки с помощь туннельного микроскопа – устройства, измеряющего неровности поверхности на атомарном уровне. Поверхность графеновой решетки была практически ровной, за исключением нескольких небольших «вздутий» – атомов азота. По оценкам ученых, на 300 атомов углерода приходился примерно один атом азота. Включения были равномерно распределены по поверхности пленки, и в подавляющем числе случаев состояли из «троек» атомов азота. Как считают ученые, такая структура могла появиться только в том случае, если атомы азота «выбили» углерод из решетки и встали на его место.

Анализ проводимости графен-азотной решетки показал, что каждый атом азота добавляет по 0,42 свободных электрона в графеновую решетку. Это объясняется тем, что взаимодействие соседних атомов азота и углерода дестабилизировало положение электронов в ближайших узлах решетки, в результате чего они обрели частичную подвижность.

Таким образом, в азот-графеновых решетках присутствуют два необходимых компонента полупроводимости – свободные электроны и атомы азота с незанятыми орбиталями, к которым могут присоединиться эти электроны.

Источник

«Счастье дается только знающим. Чем больше знает человек, тем резче, тем сильнее он видит поэзию земли там, где ее никогда не найдет человек, обладающий скудными знаниями»

Константин Паустовский

Файлы

Гориллы в тумане

Глаз и мозг. Психология зрительного восприятия

Фольклор в Ветхом завете

Дюжина лекций. Шесть попроще и шесть посложнее