Исследователи из США и Европы измерили исключительно высокую скорость транспорта электронов в нанолентах из графена [ГНЛ, graphene nanoribbons (GNR)]. Измеренная величина значительно превышает значение, теоретически предсказанное для графена с идеальной структурой [1]. Природа столь исключительной проводимости пока еще не ясна, однако уже понятно, что эти наноленты из графена могут выступать в качестве проводников, связывающих наноэлектронные устройства на основе графена.
На графен возлагаются большие надежды из-за того, что этот материал представляет собой отличный проводник, и ГНЛ могут стать заменой медных проводников в наноэлектронных устройствах. Такие наносистемы, как ГНЛ, обычно получают отшелушиванием графена, однако отшелушивание обычно приводит к образованию относительно широких нанолент с неупорядоченными краями, содержащими большое количество дефектов, что, в свою очередь, приводит к увеличению электрического сопротивления и плохой производительности в переносе зарядов.
Схематичное отображение электрической схемы, проводниками в которой являются наноленты графена (черные), по которым перемещаются электроны (синие).
(Рисунок из Nature, 2014, DOI:10.1038/nature12952)
Руководитель исследования, Вальт де Геер (Walt de Heer), отмечает, что, хотя листы графена демонстрируют хорошую электропроводность, она не проявляется для тех наноструктур графена, которые получают методом литографии. Исследователи продемонстрировали, что ленты графена, полученные с помощью эпитаксиального выращивания на подложке из карбида кремния, фактически переносят заряд эффективнее, чем это было предсказано теоретически для идеальных графеновых структур.
Исследователи получили наноленты графена с помощью метода, о котором они же впервые сообщили в 2010 году [2]. Использованный подход включает литографическое нанесение рисунка-матрицы на подложку из карбида кремния, в результате чего образуется шаблон, стены наноканавок в котором отличаются ровными краями. Затем шаблон из карбида кремния нагревают, в результате чего на стенах канавки происходит кристаллизация и образование графеновых нанолент с шириной 40 нм, отличающихся, помимо всего, ровными краями.
Электрическое сопротивление графеновых нанолент измеряли с помощью стандартных методик, примерно таких же, которые применяются для измерения сопротивления обычных металлических проводов, однако для этого измерения требовалось устройство, эквивалентное омметру, который применяется для стандартных электротехнических измерений. Для закрепления «клемм» такого омметра исследователи использовали электронный микроскоп.
Де Хеер подчеркивает, что самой большой и при этом приятной неожиданностью было то, что графеновые наноленты ведут себя как переносчики волны только одной модальности. В то же время квантово-химическое моделирование предсказывало возможность реализации двух типов квантового механизма переноса тока, а на практике реализовался лишь один.
В отшелушенном графене электроны, как правило, рассеиваются из-за дефектов и колебаний кристаллической решетки. Однако оказалось, что в выращенных эпитаксиальным способом графеновых нанолентах такого рассеивания электронов не происходит, что служит защитой транспорта переносчиков электрического тока, однако причина возникновения такой защиты пока неизвестна. Более того, исследователи наблюдали проводимость графеновых нанолент при комнатной температуре, что дополнительно обуславливает возможность применения этих материалов в электронных устройствах.
Источники:
[1] Nature, 2014, DOI:10.1038/nature12952;
[2] Nat. Nanotechnol., 2010, 5, 727 (DOI: 10.1038/nnano.2010.192)
