Матрас для Аграфены

Похоже, что у двух фаворитов углеродной электроники будущего (нанотрубок и графена) появился третий конкурент - многослойный эпитаксиальный графен. Но это не значит, что работа с графеном или нанотрубками остановлена.

Похоже, что у двух фаворитов углеродной электроники будущего (нанотрубок и графена) появился третий конкурент - многослойный эпитаксиальный графен (MEG). Его изготовила и начала исследовать большая команда учёных из американских и французских университетов. MEG выращивают послойно на подложке из карбида кремния таким образом, чтобы каждый следующий слой графена оказывался повернут на 30 градусов относительно предыдущего (в обычном графите этот угол вдвое больше). Исследователи полагают, что им удалось получить новую форму углерода.

Образцы MEG изучали с помощью методов рентгеновской спектроскопии. Оказалось, что слои нового материала электрически изолированы друг от друга, а в каждом слое электроны движутся, как в графене, - будто у них нет массы. Материал с такими свойствами идеально подходит для изготовления электроники. Слои MEG химически прочно связаны, и почему между ними нет электрического контакта, ещё только предстоит выяснить. Но независимо от причины это дает преимущество новому материалу по сравнению с графеном, волнистые слои которого сложно и дорого изолировать от подложки и друг от друга. Кроме того, MEG обещает быть недорогим при массовом производстве. Всё определяется лишь ценой подложки из карбида кремния. Пока учёные только приступили к изучению новой формы углерода, а первым реальным устройством, которое они собираются сделать, станет быстрый транзистор.

Но графен так просто не сдастся. Пять лет форы, потраченных на научные исследования, дают о себе знать. Физики из Калифорнийского университета в Риверсайде решили сыграть на стремлении графена образовывать волны. Листы разной толщины (от одноатомных до 16нанометровых мембран) помещали на подложку из кремния или оксида кремния, на которой заранее вытравливали канавки или другие структуры. Когда графен нагревали до нескольких сотен градусов, это вело к сильному сжатию листа и разглаживанию волн на нём. Потом лист определённым образом охлаждали. Такие простые манипуляции позволили контролировать ориентацию, длину и амплитуду волн, а также разнообразные двухмерные структуры на графене (например, если лист положить на две параллельные канавки, он спонтанно образует почти периодическую рябь, перпендикулярную канавкам).

Проводя эксперименты, учёные обнаружили, что графен при нагревании сжимается гораздо сильнее, чем графит. Такое необычное поведение предсказывалось теорией, но впервые было проверено на практике. Графен в редчайших случаях бывает гладким, и с этим придётся мириться при создании графеновой электроники. Волны и механические напряжения на графеновом листе должны сильно влиять на его электронные свойства. С помощью волн можно создать даже эффективное магнитное поле, которое необходимо для спинтроники, не говоря уж об управлении проводимостью материала и его оптическими свойствами.

А химики из Северо-Западного университета в Эванстоне придумали удивительно простой и эффективный способ получения графена с помощью обычной фотовспышки. В качестве сырья используется дешёвый диэлектрик - так называемый "оксид графита". Он и раньше считался хорошим кандидатом для массового производства графена, но технология предполагала нагрев до высокой температуры либо использование ядовитых химикатов. Оказалось, однако, что вспышка способна всего за миллисекунду нагреть и восстановить графен с помощью "нановзрыва". Тонкая прозрачная коричневатая пленка оксида графита темнеет и расширяется. Получается пористая "пушистая" структура, состоящая из чешуек графена. Облучать оксид графита можно и сквозь маску, сразу получая нужную схему.

Углеродные нанотрубки тоже продолжают бороться за место под солнцем. Их уже умеют выращивать быстро и эффективно. Но разновидностей нанотрубок великое множество, и всегда получается сложная смесь, которую потом трудно отсортировать. Нанотрубки отличаются не только диаметром и количеством слоев углерода. Даже один слой, представляющий собой свернутую гексагональную решетку атомов углерода, может иметь разную ориентацию относительно оси нанотрубки - так называемую хиральность. Например, однослойная нанотрубка диаметром около нанометра может иметь двадцать пять хиральностей, определяющих проводимость от металлической до полупроводниковой.

Недавно химики корпорации DuPont нашли эффективный способ сортировки нанотрубок по хиральности с помощью спиралей ДНК. Среди огромного количества ДНК-последовательностей они сумели отыскать дюжину способных "обволакивать" однослойные нанотрубки определенной хиральности, образуя огромную гибридную молекулу. Такие молекулы можно выделить с помощью жидкостной хроматографии. Затем ДНК отделяют от нанотрубок, получая достаточно чистые образцы. Выход годных образцов достигает девяноста процентов, что уже приемлемо для массового производства. Однако синтез нужных ДНК-последовательностей пока слишком дорог, чтобы всерьёз рассматривать этот метод.

Из еженедельника "Компьютерра" № 32 (796)