Исследователи разработали новый метод создания графеновых нанолент, которые обладают гладкими краями, а также заданными энергетическими параметрами. Это свойство делает их подходящими для создания различных электронных приборов современного поколения. Результаты работы коллектива исследователей были опубликованы в научном издании «Nature».

Графен представляет собой одноатомный слой углерода, который обладает совершенно необыкновенными свойствами, как электронными, так и механическими. Он был получен учеными еще в 2004 году. Многие исследователи считают графен достаточно перспективным материалом для создания различных электронных приборов минимальных размеров, которые в скором времени будут способны значительно «потеснить» привычные полупроводниковые приборы. Однако, несмотря на то, что графен несомненно превосходит полупроводники в своей легкости, прочности, а также подвижности молекул-носителей электрического заряда, в естественном состоянии он не имеет так называемой запрещенной зоны.

Запрещенная зона, или, как ее еще называют, щель – представляет собой различие между максимальной величиной энергии валентных электронов атома (электронов, которые участвуют в создании химических связей) и минимальной величиной энергии электронов проводимости (электронов, которые под действием внешнего электрического поля способны отделиться от своего атома и принимать участие в коллективном движении, продуцируя ток). Ширина запрещенной зоны предопределяет способность материала к электропроводности – поле, приложенное к материалу для того, чтобы он стал проводящим ток, должно передавать электронам энергию по размерам не меньше ширины запрещенной зоны, что необходимо для того, чтобы они смогли ее покинуть. Благодаря наличию в своем составе запрещенной зоны в электронике очень широко используются полупроводники.

Для того, чтобы придать графену полупроводниковые свойства, его создают в виде тонких лент, потому что движение электронов по ним ограничено единственным направлением благодаря квантово-размерному эффекту, следовательно, их энергия имеет четко определенные уровни, а также запрещенную зону. Раньше для производства графеновых лент применялись, в основном, технологии по принципу «сверху вниз»: то есть, отшелушивание от более крупных графеновых массивов либо разворачивание и разрезание нанотрубок углерода. Неровные края подобных таких лент достаточно значительно понижают их способность к проводимости, а также осложняют процесс исследования и осуществления контроля над их характеристиками.

Эту новую технологию можно отнести к категории методов под условным названием «снизу верх», или категории химических методов. На подложку, изготовленную из золота или серебра, методом напыления наносится слой содержащих углерод циклических мономеров, которые бора впоследствии скрепляются в полимеры. Система полимеров затем подвергается нагреву, вследствие чего начинают формироваться углеродные ленты, толщина которых составляет один атом, они могут быть ровными или зигзагообразными, что зависит от набора исходных веществ. Ширина подобных лент равняется величине от 10 до 50 нанометров, а размеры их запрещенной зоны вполне достаточны для задач, стоящих перед электроникой. Кроме того, края этих лент очень ровные, с минимальными включениями посторонних атомов, что существенно повышает их электропроводимость, а также создает возможность для исследования магнитных свойств объектов небольших размеров в зависимости от формы края.

В будущем по аналогичной технологии ученые рассчитывают создавать графеновые ленты с встроенными атомами азота и бора, благодаря которым можно будет создавать дополнительные уровни энергии, а также распределять электронные свойства лент и создавать гетеропереходы, а именно – соединенные ленты различной толщины (точнее с различными запрещенными зонами). Все перечисленные структуры могут уже в скором времени найти свое применение в сфере солнечной энергетики, а также при создании высокочастотных приборов.