Графен добывают из пробирки

 

Графен с его уникальными свойствами произрастает не только в идеальных условиях западных научных центров. Корреспондент «НВ» побывала в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе и выяснила, что подобные работы ведутся и в Петербурге. Более того, монослой углерода на металле здесь получали еще в прошлом веке, вот только графеном его не называли и не исследовали  его электронных свойств.

Новая работа, проведенная в лаборатории физики кластерных структур, нынешним летом произвела сильное впечатление на участников международной конференции NDNC2010 в Китае. Сотрудники лаборатории впервые из оксида графита получили качественный монокристаллический слой графена толщиной в один атом. Усовершенствовав процесс, ученые опровергли бытующее в научном мире мнение о невозможности получения качественного двухмерного монокристалла подобным методом.

Вместо внушительных установок, которые рисовало воображение, мне показали стол с набором химической посуды и реактивов, пробирки размером меньше пальца. В них прозрачная желто-коричневая жидкость. А где же графен?

– А это и есть графен, точнее, оксид графена, – сказал сотрудник лаборатории, кандидат физико-математических наук Артур Дедейкин, указывая на пробирку с жидкостью. – Там в воде взвешены его чешуйки.

Оказывается, под действием реактивов природный графит расщепляется на плоские пластинки одноатомной толщины. Как пояснил ученый, их помещают в воду, где к разорванным углеродным связям прикрепляются атомы кислорода и гидроксильные группы, после чего получается такая вот суспензия. Достаточно убрать кислород и гидроксильные группы с обеих сторон слоя, сперва высушив и затем восстановив пленку, и знаменитый графен готов. Для этого каплю суспензии помещают в центрифугу на подложку из двуокиси кремния (или кремния), приводят во вращение, и благодаря растягиванию капли центробежными силами происходит осаждение моноатомной пленки на подложке.

– На кристаллическое поле атомов углерода в графене накладывается кристаллическое поле подложки. Изменяется плотность состояний электронов, возникает запрещенная зона. Так можно создать графено-кремниевую электронику. Нам уже удалось получить монокристаллические одноатомные пленки графена размером 40 микрон, на которых можно создать примерно 800 транзисторов. Можно получить пленки и больших размеров. Принципиальных ограничений нет, – объясняет Дедейкин.

Недавно в мире получены первые результаты по реализации полевого эффекта при комнатной температуре на графеновых пленках, осажденных на SiО2. Транзисторы на них действительно работают. Однако фирма IBM заявляла, что подвижность носителей в таких структурах в четыре раза превышает кремниевую, что в десятки раз ниже значений подвижности в двумерном графене.

– У нас тоже получены подобные структуры. Но измерять подвижность носителей заряда мы пока не можем, поскольку работаем в сложных условиях России. Необходимой для создания контактов ионной и электронно-лучевой литографии у нас в институте нет, – сетует ученый.

Не так просто даже идентифицировать слой графена, то есть получить на нем эффекты, свойственные одноатомному листу. Для этого необходимы крайне сложные приборы, использующие тонкие методы, специализированные под исследование слоев одноатомной толщины (рамановскую спектроскопию, дифракцию медленных электронов). Такие методики должны быть постоянно под рукой для отработки технологии, чего пока в Физико-техническом институте тоже нет. Чтобы удостовериться в высоком монокристаллическом совершенстве полученного ими графена, петербургским ученым приходилось проводить идентификацию за границей. Заведующий лабораторией профессор Александр Вуль убежден: будь наша наука лучше оснащена, в открытии многих свойств графена мы могли бы быть первыми.

 

Лидия Березнякова. Фото автора