Игра в бильярд вряд ли возможна на столе, меньше чем этот: физики из университета Калифорнии показали, что лист графена может действовать как бильярдный стол атомного масштаба, с электрическими зарядами вместо бильярдных шаров.

Наблюдение показывает, что графен может служить превосходным электронным материалом, типа кремния, и может использоваться для новых видов транзисторов, основанных на квантовой физике. Поскольку электроны не сталкиваются ни с какими препятствиями и перемещаются «свободно» вдоль листа углерода, перенося электрический заряд с чрезвычайно низким сопротивлением.

Результаты опубликованы в прошлом номере Science.

Группа исследователей во главе с Чанг Нинг (Джини) Ло (Chun Ning (Jeanie) Lau) нашла, что электроны в графене перемещаются свободно и отражаются только от границ листа. При этом они демонстрируют свойства, которые напоминают и частицы, и волны. Причем отражаясь от одной из границ листа графена, исходные и отраженные «части» электрона могут столкнуться друг с другом, как рябь в водоеме может столкнуться с рябью, отраженной от берега.

Рис. 1. Графеновая пленка – математическая модель

Лаборатория Ло обнаружила “интерференцию электронов”, измеряя электрическую проводимость графена при чрезвычайно низкой (0,26 К) температуре. При таких низких температурах квантовые свойства электронов проще изучать.

Исследователи обнаружили, что электроны в графене могут демонстрировать волновые свойства, которые могут привести к интересным применениям, типа баллистических транзисторов, которые являются новым типом транзисторов, а также созданию резонаторов для электронов.

В своих экспериментах Ло с коллегами сначала сняли с графита отдельный лист, затем приложили наноэлектроды к нему, поместив охлаждающее устройство, и провели измерения электрической проводимости.

Графен был изолирован экспериментально меньше трех лет назад. Он является двумерной сотовидной решеткой углеродных атомов и структурно связан с углеродными нанотрубками и фуллеренами.

С научной точки зрения, графен стал модельной системой для физики твердого тела. Графен позволяет проводить настольные экспериментальные тесты множества явлений в физике, включая квантовую механику и теорию относительности. Имея исключительные свойства, например высокую теплопроводность и электропроводность, графен идеально подходит на роль компонентов для полупроводниковых схем и компьютеров. Толщиной всего в один атом он может использоваться при создании ультраминиатюрных электронных устройств.