Американские и корейские физики смогли превратить графен в полупроводник. Они вставили в решетку из атомов углерода отдельные атомы азота, добавив аммиак в газовую среду, где выращивались графеновые пленки. По мнению ученых, совершенствование этой методики позволит графену заменить кремний в качестве «строительного материала» для электронных устройств.
Работа группы физиков под руководством Абхая Пасупатхи (Abhay Pasupathy) из Колумбийского университета в Нью-Йорке опубликована в Science, сообщает РИА Новости.
Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных химическими связями. Он отличается высокой прочностью и уникальными электрическими свойствами, что делает графен привлекательным для использования в различных областях науки и техники. За изучение графена нашим соотечественникам Константину Новоселову и Андрею Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике. Им же удалось придать графену магнитные свойства.
Чтобы вставить инородные атомы в графеновую решетку, ученые добавили в смесь метана и водорода, из которых выращивается графен, небольшое количество аммиака. Через некоторое время на фольге из меди, на которой осаждаются атомы углерода, образовалась тонкая пленка из атомов углерода и небольших вкраплений атомов азота.
Наличие атомов азота в кристаллической решетке физики подтвердили методом фотоэлектронной спектроскопии – на спектрограмме появились дополнительные пики.
Ученые сфотографировали поверхность пленки с помощь туннельного микроскопа - устройства, измеряющего неровности поверхности на атомарном уровне. Поверхность графеновой решетки была практически ровной, за исключением нескольких небольших «вздутий» - атомов азота. По оценкам ученых, на 300 атомов углерода приходился примерно один атом азота.
Анализ проводимости графен-азотной решетки показал, что каждый атом азота добавляет по 0,42 свободных электрона в графеновую решетку. Это объясняется тем, что взаимодействие соседних атомов азота и углерода дестабилизировало положение электронов в ближайших узлах решетки, в результате чего они обрели частичную подвижность.
Таким образом, в азот-графеновых решетках присутствуют два необходимых компонента полупроводимости - свободные электроны и атомы азота с незанятыми орбиталями, к которым могут присоединиться эти электроны.
