Международная группа ученых во главе с Гёттингенским университетом (Германия) экспериментально показала, что электроны в природном двухслойном графене движутся словно (не буквально, конечно) безмассовые частицы, подобно свету. Более того, исследователи продемонстрировали возможность управления током в таком материале, что открывает путь к разработке миниатюрных энергоэффективных транзисторов. В исследовании также участвовали Массачусетский технологический институт (США) и Национальный институт материаловедения (Япония). Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Графен, открытый в 2004 году, представляет собой одиночный слой атомов углерода. Среди многих необычных свойств графена выделяется чрезвычайно высокая электропроводность, обусловленная большой и постоянной скоростью электронов в этом материале. Эта уникальная особенность заставила ученых мечтать об использовании графена для создания гораздо более быстрых и энергоэффективных транзисторов.
Однако для создания транзистора материал должен не только хорошо проводить, но и обладать высоким сопротивлением. В графене же такое "переключение" скорости носителей заряда труднодостижимо. По сути, графен обычно не имеет изолирующего состояния, что ограничивает его потенциал как транзистора.
Команда Гёттингенского университета обнаружила, что два слоя графена, как в природном двухслойном графене, сочетают лучшее из двух миров: структуру, поддерживающую невероятно быстрое движение электронов, подобное свету, как если бы они были безмассовыми, и изолирующее состояние. Ученые показали, что это состояние можно изменить приложением электрического поля перпендикулярно материалу, делая двухслойный графен изолирующим.
Такое поведение быстрых электронов было теоретически предсказано еще в 2009 году, но потребовалось значительное улучшение качества образцов, обеспеченное NIMS, и тесное сотрудничество с MIT по теории, прежде чем удалось идентифицировать его экспериментально. Хотя эти эксперименты проводились при криогенных температурах (около -273°C), они показывают потенциал двухслойного графена для создания высокоэффективных транзисторов.
"Мы уже знали теорию. Однако теперь мы провели эксперименты, которые действительно показывают светоподобную дисперсию электронов в двухслойном графене. Это был очень волнующий момент для всей команды", - говорит профессор Томас Вайц из физического факультета Гёттингенского университета.
Доктор Анна Зайлер, постдок и первый автор статьи, также из Гёттингенского университета, добавляет: "Наша работа - это первый, но важнейший шаг. Следующим шагом для исследователей будет выяснить, может ли двухслойный графен действительно улучшить транзисторы или изучить потенциал этого эффекта в других областях техники".
Таким образом, ученые сделали значительный прорыв на пути к созданию сверхбыстрой и энергоэффективной наноэлектроники нового поколения. Двухслойный графен демонстрирует уникальные свойства, позволяющие управлять движением электронов и током в материале. Дальнейшие исследования покажут, удастся ли реализовать этот потенциал на практике и совершить настоящую революцию в электронике.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-47342-0
-------------------------------------
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте лайк или напишите комментарий, а также подписывайтесь на наши страницы на других площадках, в том числе на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
