То, каким образом построены края графеновых листов, может иметь большое значение в стратегии разработки графеновой наноэлектроники.

Графен состоит из гексагональных слоев, образованных атомами углерода. Сформулированная ранее гипотеза ученых о том, что ориентация краевых атомов в графеновом слое может влиять на электрические свойства этого материала до сих пор не была экспериментально подтверждена.

В недавней работе, принятой для публикации в журнале Nature Materials, ученые из Университета Иллинойса (University of Illinois) сообщают, что им удалось получить доказательство того, что кристаллографическая ориентация краев графена существенно определяет его свойства.

Вывод, который несомненно следует из этих результатов, заключается в том, что использование наноразмерных частиц графена в наноэлектронике потребует тщательного контроля геометрии их структуры.

Для выполнения экспериментальных исследований ученые разработали метод обрезки наноразмерных графеновых частиц и их осаждения на специально подготовленную кремниевую поверхность.

С помощью сканирующей туннельной микроскопии электронная структура осажденных частиц была определена в атомном разрешении. При этом отчетливо проявлялись морфологии так называемых «зигзагообразных» и «кресло-подобных» краев. Как оказалось, большая часть частиц, размер которых не превышает 10 нм, имеет «зигзагообразные» края и проявляет металлические электрические свойства, а не полупроводниковые, как изначально предполагалось. Этот факт вносит существенную коррективу в теорию создания графеновых транзисторов, главным условием в которой выступает полупроводниковое поведение материала.

Изображение графеновой наночастицы на
кремниевой подложке,полученное с помощью
сканирующей туннельной микроскопии.

В отличие от углеродных нанотрубок графен, имеющий плоское строение, может легко быть включен в существующие технологии изготовления чипов. Теперь подобные разработки могут существенно осложниться, поскольку необходимым условием использования графеновых наночастиц, как показали ученые, становится тщательный контроль морфологии наночастиц, а также создание новых инженерных подходов для их получения.

Ученые отмечают, что даже очень небольшое включение «зигзагообразных» 5-нм частиц графена переводит полупроводниковые свойства материала в металлические, и транзисторы из такого материала просто не будут работать.

Мария Костюкова