Пошкоджена структура графена здатна до самовідновлення

Залежність електронних характеристик графену і, зокрема, ширини забороненої зони, від розмірів зразка дозволяє розглядати цей матеріал як майбутній можливий елемент наноелектронних систем. Досить нарізати графеновий лист на смужки різної ширини, і ви отримуєте набір напівпровідникових діодів з різною шириною забороненої зони. З’єднання двох таких смужок різної ширини призводить до створення гетероперехода, який можна використовувати для створення більш складних електронних схем.

Таким чином, застосування графена в наноелектроніці залежить від можливості виготовлення графенових смужок різної ширини і формування більш складної ланцюга з таких смужок. Найбільш поширений метод обробки графенових листів, що дозволяє вирізати з них смужки необхідної геометрії, заснований на використанні електронних пучків. При такій обробці, однак, в структурі графена утворюються небажані дефекти, наявність яких спотворює електронні характеристики зразка. Результати недавніх досліджень, виконаних групою вчених з Univ. of Manchester (Великобританія) і кількох англійських технологічних центрів за участю Нобелівського лауреата К. Новосьолова, вказують на здатність графена до самовідновлення своєї пошкодженої структури. Така властивість графена має істотне значення для розвитку напрямків прикладного використання цього матеріалу в наноелектроніці.

Зразки графена були вирощені на мідній підкладці стандартним методом CVD, після чого на них наносили металеві плівки методом электроннолучевого напилення (Pd) і термічного випаровування (Ni). У результаті опромінення зразків електронним пучком у структурі графена виникали дефекти у вигляді нанометрових отворів. Для дослідження динаміки утворення та “заліковування” дефектів використовували скануючий просвічуючий електронний мікроскоп, що працює в умовах глибокого (5×10-9 Торр) вакууму (енергія електронного пучка – 60 кев, струм – 45 пА, просторове дозвіл – 1.1 Å). Розмір зображуваної області графена становить 2-3 нм. Зображення, отримані за допомогою цього мікроскопа, дозволяють не тільки простежити за еволюцією розміру і форми отворів у структурі графена, утворених під дією електронного пучка, але і встановити детальну структуру областей графену, що утворилися в результаті “заліковування”. Як показують спостереження, проведені протягом 40 хв, ці області спочатку заповнюються комбінаціями вуглецевих кілець 5-7 і 5-8, які незабаром перерозподіляються з утворенням виключно кілець 5-7. У випадку, коли поверхня графена не має вуглецевих забруднень, в результаті самовідновлення утворюється правильна гексагональна структура, властива графенової поверхні. При цьому тривалість відновлення невеликих отворів (діаметром 1 – 1.5 нм) становить близько 10 с. В якості механізму відновлення автори розглядають каталітичний процес, що відбувається за участю металевих частинок каталізатора і атомів вуглецю, відділяються від крайових областей графенового листа.

А. Єлецький

1. R. Zan et al., Nano Lett. 12, 3936 (2012).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *