В ходе выполненных в Московском физико-техническом институте (МФТИ) исследований двухслойного графена российские ученые сделали заключение о доминирующем квантовом туннельном типе проводимости в этом перспективном материале. Подтвержденная в ходе экспериментов ситуация, по мнению исследователей, оказывается очень перспективной для создания новых образцов электроники.
Во-первых, имеется высокая электронная подвижность в графене, что дает возможность создания быстрых полупроводниковых приборов. Во-вторых, изучен туннельный характер транспорта, что позволяет управлять током при малых напряжениях, то есть обеспечить энергоэффективность. Авторы исследования подчеркивают, что подобной комбинации скорости и энергоэффективности было невозможно достичь в электронике на основе «классических» полупроводниковых материалов. Туннельный эффект в двухслойном графене позволит «чувствовать» не только излучения, но и следовые количества химических и биологических соединений, то есть выступать в роли чувствительного химического и биологического сенсора.
Добавим, что двухслойный графен — двумерная модификация углерода, образованная двумя близко расположенными слоями графена. Он интересен тем, что является материалов, где электроны на своем пути не встречают препятствий. До российского исследования механизм протекания тока в p-n-переходах на основе двухслойного графена долгое время оставался непонятым. Ученые из лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ смогли ответить на этот вопрос. В своих экспериментах они пришли к выводу о доминирующем квантовом туннельном типе проводимости в этом материале.
Так называемый p-n-переход (область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости) фактически является основой всей современной полупроводниковой электроники. Для электронов такой переход является энергетическим барьером. Наличие ступенчатого барьера для электронов в p-n-переходе определяет его главную функцию в электронике: этот переход является односторонним, ток в нем может течь лишь при одной полярности поданного напряжения. Еще в 1960-х годах было сделано открытие, что p-n-переходы могут проводить ток и благодаря эффекту квантового туннелирования – «просачиванию» электронов под энергетическим барьером. Подобным приборам — туннельным диодам — нашлось применение в электронике с низким энергопотреблением. Другим важным направлением в электронике стало повышение скорости срабатывания электронных приборов. И вот здесь как раз пригодился такой перспективный материал как графен.