МОСКВА, 18 авг - РИА Новости. 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, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Группа физиков под руководством Абхая Пасупатхи (Abhay Pasupathy) из Колумбийского университета в Нью-Йорке (США) полагает, что совершенствование этой методики позволит графену заменить кремний в качестве "строительного материала" для электронных устройств.
Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Он отличается высокой прочностью и уникальными электрическими свойствами, что делает графен привлекательным для использования в различных областях науки и техники. За создание графена выходцам из России Константину Новоселову и Андрею Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике.
Пасупатхи и его коллеги попытались "вставить" инородные атомы в графеновую решетку очень простым образом - они 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, образуется тонкая пленка из атомов углерода и небольших вкраплений атомов азота.
Авторы статьи проанализировали свойства полученных пленок и обнаружили несколько интересных свойств.
Как отмечается в статье, два новых пика в спектрограмме рассеивания света на пленке графена указали на наличие инородных атомов в углеродной решетке. Фотоэлектронная спектроскопия - способ определения химического состава образца при помощи рентгеновского излучения и фотосенсоров - подтвердила наличие азота в графеновой пленке.
Электроны атомов азота, "вставленных" в пленку, образуют три равноценных электронных облака, связанных с тремя соседними атомами углерода. Азот лучше углерода притягивает свободные электроны, и поэтому вокруг атома азота скапливается частичный отрицательный заряд, а вокруг атомов углерода - частично положительный.
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. Включения были равномерно распределены по поверхности пленки, и в подавляющем числе случаев состояли из "троек" атомов азота. Как считают ученые, такая структура могла появиться только в том случае, если атомы азота "выбили" углерод из решетки и встали на его место.
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.
