Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Поврежденная структура графена способна к самовосстановлению
Зависимость электронных характеристик графена и, в частности, ширины запрещенной зоны, от размеров образца позволяет рассматривать этот материал как будущий возможный элемент наноэлектронных систем. Достаточно нарезать графеновый лист на полоски различной ширины, и вы получаете набор полупроводниковых диодов с различной шириной запрещенной зоны. Соединение двух таких полосок различной ширины приводит к созданию гетероперехода, который можно использовать для создания более сложных электронных схем.
Таким образом, применение графена в наноэлектронике зависит от возможности изготовления графеновых полосок различной ширины и формирования более сложной цепи из таких полосок. Наиболее распространенный метод обработки графеновых листов, позволяющий вырезать из них полоски требуемой геометрии, основан на использовании электронных пучков. При такой обработке, однако, в структуре графена образуются нежелательные дефекты, наличие которых искажает электронные характеристики образца. Результаты недавних исследований, выполненных группой ученых из Univ. of Manchester (Великобритания) и нескольких английских технологических центров при участии Нобелевского лауреата К. Новоселова, указывают на способность графена к самовосстановлению своей поврежденной структуры. Такое свойство графена имеет существенное значение для развития направлений прикладного использования этого материала в наноэлектронике.
Образцы графена были выращены на медной подложке стандартным методом CVD, после чего на них наносили металлические пленки методом электроннолучевого напыления (Pd) и термического испарения (Ni). В результате облучения образцов электронным пучком в структуре графена возникали дефекты в виде нанометровых отверстий. Для исследования динамики образования и “залечивания” дефектов использовали сканирующий просвечивающий электронный микроскоп, работающий в условиях глубокого (5×10−9 Торр) вакуума (энергия электронного пучка – 60 кэВ, ток – 45 пА, пространственное разрешение – 1.1 Å). Размер изображаемой области графена составляет 2-3 нм. Изображения, полученные с помощью этого микроскопа, позволяют не только проследить за эволюцией размера и формы отверстий в структуре графена, образованных под воздействием электронного пучка, но и установить детальную структуру областей графена, образовавшихся в результате “залечивания”. Как показывают наблюдения, проводимые в течение 40 мин, эти области вначале заполняются комбинациями углеродных колец 5-7 и 5-8, которые вскоре перераспределяются с образованием исключительно колец 5-7. В случае, когда поверхность графена не имеет углеродосодержащих загрязнений, в результате самовосстановления образуется правильная гексагональная структура, присущая графеновой поверхности. При этом длительность восстановления небольших отверстий (диаметром 1 – 1.5 нм) составляет порядка 10 с. В качестве механизма восстановления авторы рассматривают каталитический процесс, происходящий при участии металлических частиц катализатора и атомов углерода, отделяющихся от краевых областей графенового листа.
