Графеновые наноленты

Отсутствие запрещенной зоны (область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле) в графене означает, что, хотя на его базе можно изготовить "углеродный полевой транзистор", никакое внешнее напряжение не сможет закрыть этот транзистор. И здесь возникает вопрос, как использовать необычайно высокую подвижность носителей заряда графена в наноэлектронике? Очевидно первое, что надо сделать, – это "открыть" запрещенную зону. Сейчас активно изучаются два способа получения в графене запрещенной зоны ощутимой ширины при комнатной температуре.

По-видимому, решить поставленную задачу можно достаточно простым способом – сформировать потенциал, по-разному действующий на две подрешетки графена. Объединение двух листов графена в двухслойный материал приводит к формированию четырех энергетических зон, две из которых соприкасаются, благодаря чему такой материал по-прежнему не имеет запрещенной зоны. Но в отличие от однослойного графена, носители заряда в двухслойном материале при приложении внешнего электрического поля могут иметь массу, что свидетельствует о возможности "открытия" запрещенной зоны и управления ее шириной.

Второе решение, позволившее зарегистрировать появление запрещенной зоны и управлять ее шириной, заключалось в отказе от измерения электрического сопротивления графена. Вместо этого с помощью пучка синхротронного ИК-излучения, формируемого аппаратурой Advanced Light Source (ALS), регистрировалась оптическая пропускная способность графена. Варьируя напряжения затворов, ученые фиксировали изменение поглощаемого графеном излучения. Пик поглощения в каждом спектре соответствовал ширине запрещенной зоны для заданного напряжения затвора. Таким образом, путем независимого управления напряжением двух затворов ученые Калифорнийского университета показали возможность изменять ширину запрещенной зоны графена в достаточно широком диапазоне плюс возможность независимого задания его энергетических состояний за счет "электрического легирования" материала.

Но сегодня особо привлекательным представляется способ формирования запрещенной зоны в однослойном графене за счет создания структур нулевого размера, так называемых графеновых нанолент (Graphene NanoRibbon, GNR). Исследования показали, что в зависимости от атомной структуры краев, нанолента графена, длина которой не намного больше ее ширины, может иметь свойства металла или полупроводника. Наноленты, формируемые путем разрезания листа графена вдоль зерен, имеют зигзагообразную структуру и характеризуются в основном свойствами металла, тогда как при разрезании листа вдоль зерен образуется креслоподобная структура. В графеновой ленте такой структуры возможно наличие запрещенной зоны и, следовательно, полупроводниковых свойств. При этом, как показали расчеты специалистов Политехнического института Ренсселира, шириной запрещенной зоны можно управлять, изменяя длину наноленты.

Возможность получения лент графена с металлическими свойствами позволит отказаться от применения проводников в наносхемах. Это устраняет главное препятствие для применения в электронных схемах углеродных нанотрубок, сопротивление которых при присоединении металлических проводников существенно повышается.

Дата добавления: 2015-10-13