html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Дефектные нанопровода из графена оказались не хуже «качественных»


M. Koch et al. / Phys. Rev. Lett.

Физики из Германии и США экспериментально показали, что электрические свойства графеновых нанолент не изменяются, если добавить дефекты в ее структуру, а гибкость ленты даже увеличивается. Для этого ученые синтезировали наноленты с различной частотой дефектов и исследовали их с помощью атомно-силового и сканирующего туннельного микроскопа. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

Сложные роботы состоят из огромного числа сенсоров, транзисторов и моторов, которые обрабатывают поступающую из внешнего мира информацию, обрабатывают ее и заставляют робота двигаться соответственно ситуации. Все эти приборы связаны в единую систему проводами, по которым передаются электрические импульсы, — очевидно, что по отдельности приборы будут бесполезны. Следовательно, если мы хотим разработать нанороботов, размер которых будет ограничиваться сотнями нанометров, а функциональность будет сопоставима со способностями обычных роботов, нам надо уменьшить не только сенсоры, транзисторы и моторчики, но и провода, связывающие приборы.

Хорошим кандидатом на эту роль считаются графеновые наноленты (nanoribbon) — узкие полоски графена шириной порядка 50 нанометров и толщиной всего в один атом. Такие полоски сохраняют все электрические свойства графена и вдобавок позволяют настраивать ширину запрещенной зоны — грубо говоря, при определенных условиях наноленту можно «запереть», превратив ее в полупроводник или изолятор. Тем не менее, при переходе к нанометровым приборам обычно возникают проблемы, которые нельзя было ожидать на бо́льших масштабах. Тогда как в обычных полупроводниковых устройствах дефекты заставляют возникать переносчики заряда (электроны и дырки) и потому играют важную роль, нанометровые приборы нужно поддерживать в идеальной чистоте. Численные расчеты показывают, что даже малейшее изменение химического состава наноленты заметно повлияет на ее проводящие свойства. С другой стороны, структурные дефекты, при которых меняется только форма ленты, но не ее химический состав, исследованы гораздо хуже. В частности, к этим дефектам можно отнести пропущенный атом углерода в кристаллической структуре графена, из-за которого края наноленты «расплетаются» и начинают напоминать шестиугольники, присоединенные к основному массиву атомов.

Группа физиков под руководством Маттиаса Коха (Matthias Koch) экспериментально проверила, как структурные дефекты будут сказываться на электрических и механических свойствах наноленты. Для этого ученые изготовили множество нанолент, придерживаясь следующей схемы. На первом шаге исследователи заставили полимеризоваться дибромо-диантрацен (на поясняющем рисунке он изображен слева) — получили длинную цепочку из атомов углерода и водорода, которые были объединены в группы из трех колец, соединенные единственной связью. Полимеризация происходит примерно при 170 градусах Цельсия. Затем ученые нагрели получившуюся цепочку еще сильнее — при температуре порядка 400 градусов Цельсия атомы водорода полностью «выжигаются», а атомы углерода образуют новые связи и сворачиваются в наноленту (нижнюю справа на поясняющем рисунке). Тем не менее, при более низких температурах цепочка сворачивается не полностью, оставляя по краям ленты структурные дефекты (пропущенные атомы углерода). В целом, такие наноленты оставались прямыми, как и в «доведенном до конца» синтезе.

Превращение дибром-диантрацена в полимер (сверху), наноленту с дефектами (посередине) и «чистую» наноленту

M. Koch et al. / Phys. Rev. Lett.

Затем ученые исследовали механические и электрические свойства синтезированных нанолент с помощью атомно-силового и туннельного микроскопа, параллельно определяя частоту, с которой дефекты встречаются в конкретно выбранной ленте. Для этого физики прикрепили один из концов ленты к твердой подложке, а другой приподняли с помощью тонкой иглы сканирующего туннельного микроскопа; затем исследователи сняли зависимость силы тока, протекающего через ленту, от высоты ее поднятия. Одновременно с этим ученые просвечивали ленту и измеряли сдвиг частоты, который можно однозначно связать с шириной ленты в определенной точке. В результате оказалось, что при поднятии «целой» наноленты сила тока плавно растет, если поддерживать напряжение на ней постоянным. Если же в ленте есть дефекты, сила тока меняется скачкообразно, однако в среднем углу наклона обеих зависимостей совпадают. Более того, скачки силы тока и частоты совпадают — следовательно, оба их них связаны с моментом, когда участок наноленты с дефектом отрывается от подложки. Это значит, что электрические свойства наноленты не зависят от структурных дефектов — если конец и начало ленты с дефектами будут «чистыми», ток по ней будет течь так же, как и по идеальной ленте. Вероятно, это связано с тем, что электронная структура «разлохмаченной» ленты выглядит практически так же, как и структура «чистой» ленты, хотя в первой часть атомов углерода отсутствует.

Зависимость силы тока от высоты поднятия наноленты с дефектами (числа «оторванных» секторов)

M. Koch et al. / Phys. Rev. Lett.

Зависимость силы тока от высоты поднятия «чистой» наноленты (числа «оторванных» секторов)

M. Koch et al. / Phys. Rev. Lett.

Этапы поднятия наноленты — постепенное «отрывание» дефектов от подолжки

M. Koch et al. / Phys. Rev. Lett.

Кроме того, наноленты с дефектами оказались более гибкими, чем «чистые» наноленты — поднимая ленты с помощью иглы атомно-силового микроскопа, физики измеряли не только силу тока, но и силу, которую надо приложить, чтобы оторвать еще один сегмент от подложки. Для «чистой» наноленты эта сила была неизменной в ходе всего опыта. Для наноленты с дефектами, напротив, сегменты с меньшим числом атомов углерода отрывались легче, и в среднем для поднятия наноленты нужно было затратить меньше усилий. Таким образом, авторы статьи отмечают, что наноленты могут служить надежными проводами для наноразмерных устройств — их электропроводность остается на высоком уровне даже при небольших повреждениях, а их гибкость можно настраивать, изменяя частоту дефектов.

Зависимость силы, которую нужно прикладывать к наноленте, от числа оторванных секторов. Черным отмечена зависимость для «чистой» наноленты, зеленым — для наноленты с дефектами

M. Koch et al. / Phys. Rev. Lett.

В апреле этого года ученые из Японии, Швейцарии и Финландии научились одновременно встраивать в наноленты атомы азота и бора. В январе физики из ИТМО одними из первых заставили наноленты излучать в видимом диапазоне (красный свет с длиной волны около 770 нанометров) — предположительно, в будущем наноленты можно будет использовать в качестве дешевых источников света. А в декабре 2017 американские исследователи построили с помощью нанолент детектор одиночных фотонов, который может регистрировать до четырех фотонов одновременно.

Дмитрий Трунин

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

2

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции