Сайт переехал physreal.com

Согласно так называемой теореме Мермина-Вагнера [1], длинноволновые флуктуации разрушают дальний порядок в 2D кристаллах, а из теории упругости следует, что 2D мембраны в трехмерном пространстве при T > 0 не могут оставаться плоскими [2]. Разработка методов отщепления отдельных слоев от некоторых слоистых веществ (BN, MoS₂, графит) позволяет проверить предсказания теории. Так, например, экспериментально обнаружено, что один графитовый слой (графен) хоть и существует в свободном виде (без подложки), но является местами изогнутым [3]. Для выяснения причин такого изгиба теоретики из Radboud University, Nijmegen (Нидерланды) выполнили численные расчеты равновесной структуры графена методом Монте-Карло с эффективным многочастичным потенциалом межатомного взаимодействия [4]. Они моделировали графен квазидвумерными слоями из N £ 19940 атомов углерода (примерно квадратной формы) с периодическими граничными условиями. Было показано, что при
T = 300К на графене спонтанно образуются "бугорки" (см. рис.) с характерными линейными размерами L » 8 нм (в эксперименте L = 5 ¸ 10 нм [3]).

Типичная атомная конфигурация графена при T = 300 К (данные численного моделирования [4]). Длина красных стрелок около 8 нм.

Это соответствует » 50 межатомным расстояниям. Высота "бугорков" менее 0.1 нм. В их окрестности длины связей изменяются от 0.13 нм (типичная длина двойной ковалентной связи C=C) до 0.154 нм (длина одинарной связи C-C в алмазе). Такая "рябь" ограничивает тепловое движение атомов в перпендикулярном направлении и в конечном итоге способствует целостности графена (при  T = 300К в нем не образуются даже топологические дефекты типа колец Стоуна-Уэльса 5-7-7-5). Следует понимать, что неоднородность структуры графена влечет за собой появление дополнительных каналов рассеяния электронов и соответствующее уменьшение электрической проводимости. Это обязательно нужно учитывать при проектировании наноэлектронных устройств на основе графена.

1. N.D.Mermin, H.Wagner, Phys. Rev. Lett. 17, 1133 (1966).

2. P.Doussal, L.Radzihovsky, Phys. Rev. Lett. 69, 1209 (1992).

3. J.C.Meyer et al., Nature 446, 60 (2007).

4. A.Fasolino et al., Nature Mater. 6, 858 (2007).