Открытие исследователей МИФИ приближает науку к углеродной электронике

Процесс превращения «двумерного алмаза» диамана в ценный гибридный материал, сочетающий проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические свойства, исследовали ученые из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» с помощью компьютерного моделирования. Достижение поможет в разработке более компактной и эффективной наноэлектроники будущего, основанной на углероде

Диаман — стабильный материал, поэтому процесс протекает только при повышенной температуре. Точкой отсчета для структурных преобразований становится отрыв от поверхности диамана одного атома водорода. Чтобы это произошло, частица должна получить существенное количество энергии – 2,59 Эв. Именно поэтому процесс не запустить без нагревания

После отрыва от материала одного атома водорода превращение становится необратимым. Из-за опустевшей «вакансии» в материале возникает зона напряжения, и это вызывает отрыв ближайшего атома водорода, находящегося на противоположном графеновом слое. Появление «дивакансии» запускает цепную реакцию: от поверхности диамана начинают один за другим отрываться остальные атомы водорода

Там, где «двумерный алмаз» лишается атомов водорода, прочные связи между двумя графеновыми слоями разрываются. В этих местах диаман превращается в обычный биграфен — два слоя графена, слабо связанные между собой. В отличие от диамана, графен — отличный проводник. При этом в материале сохраняются области, где диаман не утрачивает свои свойства

В результате прежде однородный «двумерный алмаз» превращается в интересную наноструктуру, объединяющую области с различными электронными свойствами: проводниковыми (биграфен), диэлектрическими (диаман) и полупроводниковыми (в промежуточной фазе, где биграфен сочетается с диаманом)

В перспективе открытие можно использовать для получения полупроводниковых структур с заранее заданными свойствами. Изученный гибридный материал потенциально способен стать основой полностью углеродной 2D-наноэлектроники. Ожидается, что она позволит создавать более быстрые, эффективные и тонкие устройства в сравнении с существующими кремниевыми

📸 ScienceDirect

Макс | Телеграм