Учёные из Национального Института Стандартов и Технологий и Технологического Университета Джорджии получили интерференционные картины, позволяющие понять, как дефекты влияют на электронный транспорт в графене.

Графен – одиночный лист графита, представляющий собой двумерный кристалл из атомов углерода, расположенных в виде шестиугольной решётки, – обладает многими интересными свойствами. В частности, он является так называемым баллистическим проводником: отдельные электроны движутся по листу графена подобно фотонам, летящим сквозь вакуум, – не испытывая соударений с атомами кристалла. Такое поведение графена делает его отличным кандидатом для создания элементов молекулярной электроники.

Однако, дефекты кристалла могут вызывать отражение или рассеяние электронов, что эквивалентно появлению электрического сопротивления. Поэтому важно знать, какие дефекты и в какой степени могут вызывать такие процессы. Для ответа на этот вопрос американские учёные вырастили слои графена на подложках карбида кремния и исследовали их с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Таким образом им удалось одновременно определять наличие тех или иных особенностей поверхности и «фотографировать» картину интерференции, возникающей из-за рассеяния электронов.

Сравнение топографических изображений СТМ с данными спектроскопии по электронной интерференции демонстрирует наличие ярко выраженных интерференционных картин в районе атомарных дефектов (красная стрелка) и лишь слабых изменений – в области более крупномасштабных изгибов структуры (синяя стрелка). Размер области на рисунке составляет около 40×40 нм.

Результаты оказались неожиданными. Нарушения правильности структуры подложки вызывают возникновение горбов и впадин на листе графена (подобно простыне на неровной кровати). Однако, эти сравнительно большие неровности лишь незначительно влияют на движение электронов. В то же время, вакансии (отсутствующие атомы) в решётке вызывают сильное рассеяние: интерференционная картина вокруг них напоминает волны, разбивающиеся об колонны пирса. Детально проанализировав данные, учёные пришли к выводу, что электроны в графене действительно ведут себя подобно фотонам в вакууме – даже на нанометровом масштабе.

Василий Артюхов