В НИТУ «МИСиС» узнали, как улучшить электронные свойства в двухслойном графене

Статья о работе опубликована в The Journal of Physical Chemistry Letters. Графен – двумерный углеродный кристалл – активно изучается учеными уже несколько десятилетий. Материал обладает целым рядом интересных свойств, что открывает широкие перспективы для самых разнообразных его применений: в устройствах памяти, для фильтрации, для создания защитных покрытий и других целей. Как и любой двумерный материал, графеновые слои можно размещать друг на друге, получая материал с новыми свойствами. Так, двухслойная модификация графена называется биграфен.

Он изучается сравнительно недавно, но ученые уже пришли к интересному выводу: при создании отверстий в материале (например, при помощи пучка лазера или бомбардировки ионами), электронные свойства биграфена могут улучшаться, а именно может открываться запрещенная зона и возникать дипольный момент на краях отверстий. Было, однако, непонятно, чем обусловлен такой эффект – ведь обычно дефекты ведут исключительно к рассеиванию носителей зарядов.

Ученые НИТУ «МИСиС» и ИБХФ РАН изучили поведение отдельных атомов углерода на границе дефектов и нашли ответ: оказывается краевые атомы верхнего и нижнего слоя по контуру дефекта начинают соединяться между собой, образуя непрерывную поверхность с четко определенной структурой.

«В эксперименте современными методами крайне сложно, если не невозможно определить структуру замкнутого края биграфена. Но мы показали, что он во многом эквивалентен межзеренной границе в монослойном графене, что позволило применить разработанную теорию межзеренных границ для описания формирования замкнутых краев в биграфене» – рассказывает один из авторов работы, инженер лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Ерохин Сергей.

«Теперь, зная механизм замыкания слоев биграфена, можно предсказать, какая структура образуется на месте намеренно созданного отверстия даже в случаях нестандартной упаковки слоев, как, например, когда один слой повернут относительно второго.

Кроме того, в нашей работе показано, что замкнутый край обладает высокой локальной кривизной, что приводит к проявлению неожиданных физических свойств, таких как флексоэлектрический дипольный момент», – рассказывает один из авторов работы, доктор физико-математических наук, научный руководитель инфраструктурного проекта «Поиск и предсказание новых низкоразмерных структур и исследование их физико-химических свойств» лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Павел Сорокин.

Результаты данной работы позволят создавать более совершенные структуры с заданными свойствами. По словам ученых, такой модифицированный биграфен будет особенно интересен для использования в различных устройствах на основе графена для электронных приложений, а также в качестве мембран. 

НИТУ МИСИС

56 статей

Университет науки и технологий МИСИС — это ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов; первый в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета». Первое место в России и ТОП-100 в мире в рейтинге QS Materials Science за 2023 год. В университете действуют 45 научно-исследовательских лабораторий и 3 научных центра мирового уровня. В состав НИТУ МИСИС входят 8 институтов, 4 филиала в России и 2 за рубежом.

Показать больше