Профессор R.Balog предложил проводить диэлектризацию графена посредством формирования на нем сверхструктуры из адсорбированных атомов водорода.

Чтобы использовать графен в электронике, нужно научиться каким-то образом переводить его из почти металлического в полупроводниковое состояние с достаточно большой шириной запрещенной зоны Eg. Щель появляется, например, в узких нанолентах, “вырезанных” из графена путем плазменного травления. Но величину Eg при этом трудно контролировать, поскольку она очень чувствительна к конкретной атомной структуре границ наноленты.

В работе профессора R.Balog и его коллег (Дания, Италия, Сербия), опубликованной в журнале Nature Mater, предложен новый способ диэлектризации графена: посредством формирования на нем сверхструктуры из адсорбированных атомов водорода. Это достигается путем осаждения графена на подложку Ir(111), в результате чего образуется муаровый узор (рис.1), возникающий благодаря близости периодов треугольной решетки Ir и дуальной треугольной решетки из центров углеродных шестиугольников.

Рис. 1. a – Муаровый узор из оранжевых и синих линий. Расстояние между соседними линиями одного цвета различается на 5%. b – Муар из графена на подложке Ir(111). с и d – Две различные симметричные конфигурации C-Ir: атомы Ir расположены под центрами углеродных шестиугольников (с) или под некоторыми атомами углерода (d). В случае (d) водород адсорбируется преимущественно на атомах углерода, не образующих связей с атомами Ir.

Период такого узора составляет около 2.5 нм – примерно в десять раз больше, чем у графена. При последующей экспозиции образца в атомарном водороде последний адсорбируется преимущественно на атомах углерода, не связанных с атомами Ir (рис.1). Так формируется наноструктура из чередующихся “наводороженных” и графеновых областей. Первые – сродни sp3-гибридизованному графану, в котором половина атомов водорода заменена атомами Ir, у них Eg ~ 4 эВ. А в графеновых участках щель Eg ~ 0.5 эВ появляется вследствие их малых поперечных размеров, как в нанолентах. При этом величину Eg можно в определенных пределах контролировать, просто изменяя концентрацию адсорбированного водорода.

Сверхструктуры изготовленные группой профессора R.Balog устойчивы даже при температуре выше комнатной. В дальнейшем интересно было бы изучить возможность формирования водородных узоров такого типа в графене на других (не проводящих) подложках (металлический иридий не годится для использования в реальных устройствах, так как закорачивает цепь). Кроме того, остается открытым вопрос о влиянии адсорбции водорода на подвижность носителей тока, важно знать будет ли она такой же высокой как в графене.