Открыты новые перспективы применения в электронике пленок из нанотрубок
Физики из МФТИ и Сколтеха нашли способ изменять электронные свойства углеродных нанотрубок и подстраивать их для применения в электронных приборах.
Работа опубликована в журнале Carbon. Углеродные наноматериалы представляют широкий класс соединений: графен, фуллерены, нанотрубки, нановолокна и другие. Физические свойства многих из них уже вошли в учебники, но ученые продолжают создавать новые структуры и находить для них практическое применение. Одна из таких макроструктур — пленки, составленные из углеродных нанотрубок, которые ориентированы в случайном порядке. Внешне пленки чем-то похожи на тончайшие паутинки: их длина и ширина могут достигать нескольких десятков сантиметров, а толщина — в миллионы раз меньше, несколько нанометров.
Пленки из углеродных нанотрубок обладают замечательным сочетанием физических и химических свойств. Они механически стабильны, гибки и растяжимы, отличаются высокой адгезией к различным подложкам, химической инертностью и исключительными электрическими и оптическими свойствами. Имея высокую проводимость, пленки обладают преимуществами перед пленками из металлов: легкостью и гибкостью. Их можно применять в различных электроустройствах: экранах, модуляторах, антеннах, болометрах и так далее.
Чтобы наиболее эффективно использовать на практике электрические и электродинамические свойства пленок, необходимо изучить, какие физические принципы такие свойства определяют. Наибольший интерес представляют терагерцовый и дальний инфракрасный диапазоны (длина волны излучения — от 2 мм до 500 нм), в которых пленки проявляют свойства, характерные для металлических проводников.
Ученые из МФТИ и Сколтеха исследовали проводимость пленок в терагерцовом и инфракрасном диапазонах частот. Для работы авторы брали пленки, синтезированные методом осаждения из газовой фазы. Часть пленок была приготовлена из нанотрубок различной длины, которая варьировалась от 0,3 до 13 мкм. Другая группа пленок подвергалась воздействию кислородной плазмой в течение 100–400 секунд. Такое воздействие меняло электродинамические свойства пленок.
Ранее авторы в своей работе доказали, что проводимость высококачественных пленок хорошо описывается моделью проводимости, справедливой для металлов. В таких пленках энергия свободных электронов оказывается достаточной для преодоления потенциальных барьеров между отдельными соприкасающимися нанотрубками. Такие электроны почти «свободно» перемещаются по всей пленке, что и приводит к высокой проводимости.
Но при уменьшении длины трубок (до 0,3 мкм) или длительном воздействии на них плазмой (> 100 с) проводимость на терагерцовых частотах (< 0,3 ТГц) значительно уменьшается. Оказалось, что изменения проводимости пленок при воздействии на них плазмой или при уменьшении длины нанотрубок аналогичны. Это связано с тем, что облучение плазмой приводит к увеличению числа дефектов в нанотрубках, а следовательно, росту числа потенциальных барьеров на пути электронов. С уменьшением длины нанотрубок число потенциальных барьеров на единицу площади также увеличивается.
Эти барьеры существенно влияют на проводимость нанотрубок (а, следовательно, и пленок) на постоянном токе и на достаточно низких частотах. Эффект объясняется тем, что при низких температурах кинетическая энергия электронов слишком мала, чтобы электроны могли преодолеть потенциальный барьер. На достаточно высоких частотах, как показано авторами, электроны перестают чувствовать присутствие барьеров и ведут себя как свободные.
Так что в пленках, составленных из коротких трубок или из трубок, обработанных плазмой, на достаточно низких частотах и на постоянном токе будет наблюдаться возрастание температурного коэффициента сопротивления, который показывает, как меняется сопротивление с изменением температуры.
При длительности облучения более 100 секунд или при длине нанотрубок меньше 0,3 мкм температурный коэффициент сопротивления выходит на насыщение: при этих параметрах оригинальная структура пленки нарушается, а вместе с этим исчезают и оригинальные свойства. Ученые МФТИ и Сколтеха планируют продолжить изучение модифицированных пленок, например растянутых в одном или нескольких направлениях. Один из соавторов работы, заведующий лабораторией терагерцовой спектроскопии МФТИ Борис Горшунов, комментирует: «Если нанотрубки подробно и давно изучались, то макрообъекты из этих трубок — пленки — стали исследоваться относительно недавно.
По сравнению с металлическими пленками, они гораздо легче, химически и механически стабильны, что делает их привлекательными для применений в электронике. Зная фундаментальную физику, определяющую электрические свойства пленок, мы можем целенаправленно подстраивать эти свойства для конкретных практических применений. Особенно актуальны исследования на частотах терагерцового диапазона, которые будут рабочими в средствах телекоммуникации недалекого будущего».
«Оказалось, что контролируемое разрушение этого замечательного материала путем обработки пленок микроволновой плазмой приводит к новым интересным и неожиданным свойствам. В частности, мы наблюдаем значительное увеличение температурного коэффициента сопротивления в пленках из однослойных углеродных нанотрубок. Происходит это за счет того, что конкурирующие вклады в проводимость от металлических и полупроводниковых трубок перестают играть важную роль, а проводимость пленки главным образом определяется сформированными дефектами.
Это представляет большой интерес для создания приборов нового поколения, например высокоскоростных болометров, работающих при комнатной температуре», — замечает профессор Альберт Насибулин, заведующий лабораторией наноматериалов Сколковского института науки и технологий.
Telegram 
Дзен 
VK Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В корпорациях, спорте и учебе люди часто сталкиваются с задачами, с которыми не справиться в одиночку. В таких случаях важную роль играет правильный подбор команды. Доцент факультета экономических наук НИУ ВШЭ Татьяна Майская вместе с коллегами из зарубежных университетов исследовала свойства команд и показала, что однородные команды лучше подходят для задач, где важен высокий средний результат, а разнообразные по составу — там, где критично избежать провала.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно