Новые графеновые ленты обеспечивают максимальную проводимость

Команда ученых из французского национального центра Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), университета провинции Лотарингия, центра синхротронного излучения SOLEIL, технологического института Georgia Institute of technology, национальной лаборатории Oak Ridge National laboratory – при поддержке Министерства энергетики – и университета Université de Leibniz изобрели новый способ синтезирования графеновых лент, и продемонстрировали их исключительные свойства проводимости при комнатной температуре.

Графен имеет превосходную электрическую проводимость: при комнатной температуре электроны проходят до 200 раз быстрее, чем через кремний. Потенциал данного материала в электронике стимулировал множество научных исследований по всему миру. Группа физиков из Франции и США провела совместное исследование электронных свойств графена с начала 2000 годов с целью разработки материала с очень высокой подвижностью электронов при комнатной температуре.

Исследователи отметили, что углеродные нанотрубки, которые являются одной из хорошо известных форм графена, могут транспортировать электрический ток баллистически, то есть, без встречи сопротивления внутри материала. Но углеродные нанотрубки оказалось трудно изготавливать и помещать в больших количествах на электронные чипы. Сейчас исследователи уделяют свое внимание к другой форме – плоской ленте графена. Электронная структура углеродных нанотрубок и графеновых лент, кажется, имеет аналогичные свойства проводимости.

Исследователи выбрали способ синтезирования данного одноразмерного графена из карбида кремния, коммерчески доступного кристалла. Ученые преуспели в получении графеновых лент высокого структурного качества, изготовив их из листов углерода толщиной 40 нм. Основной проблемой было обеспечить, чтобы кромки лент оставались высокоупорядоченными, поскольку графеновая лента с грубыми кромками не обеспечивает хорошее прохождение электронов. Для получения лент с нормальными кромками исследователи вытравили ступеньки нанометровой глубины в карбиде кремния, а затем сделали графеновые ленты прямо на боковых стенках этих ступенек.

Графеновые ленты, изготовленные таким способом, оказались баллистическими проводниками при комнатной температуре: внутри материала электроны свободно перемещаются без рассеивания. Ленты ведут себя как волноводы. Подвижность носителей в этих материалах превышает один миллион см²/вольт-сек., что обеспечивает подвижность его электронов в 1000 раз больше, чем в кремниевых полупроводниках (менее, чем 1700 см²/вольт-сек.), используемых в процессорах и памяти компьютера. Исследователи утверждают, что графеновые ленты являются первым материалом, который демонстрирует такую проводимость при комнатной температуре.

Ленты можно изготавливать в больших количествах, сохраняя при этом аналогичные свойства. Новые графеновые ленты могут найти множество применений в современной наноэлектронике.

Источник новости