Учёные из Института неорганической химии СО РАН разработали способ превращения поверхности алмаза в тонкий, прочно связанный с ним графеноподобный слой при помощи металлического покрытия и низкотемпературного отжига. При этом происходит локальная графитизация алмазной плёнки, что даёт возможность создавать электронные схемы на основании алмаза без необходимости дополнительного нанесения металлических контактных слоёв. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
Алмаз обладает отличными диэлектрическими свойствами и стойкостью к высоким напряжениям и ионизирующему излучению. Графен, в свою очередь, отличается высокой электропроводностью. Объединение этих двух форм углерода открывает перспективы для углеродной электроники нового поколения, где графен оперирует электрическими сигналами, а алмаз служит полупроводниковой подложкой. Прямой перенос графена на алмаз затруднён из-за слабых нековалентных связей, ухудшающих проводимость.
Поэтому учёные выбрали путь непосредственной графитизации поверхности алмаза.
Структура алмаза — это sp3-гибридизация, где каждый атом углерода связан с четырьмя другими, что обеспечивает высокую изоляцию. Графит состоит из плоских листов графена с sp2-гибридизацией, образующих структуру в виде пчелиных сот и обладающих хорошей проводимостью.
Несмотря на термодинамическую стабильность графита по сравнению с метастабильным алмазом, переход из алмаза в графит невозможен при обычных условиях из-за высокого энергетического барьера. Однако при использовании каталитического слоя металла (железа, никеля или молибдена) и нагревании до низких температур происходит диффузия атомов металла и углерода на границе материалов, что приводит к образованию графеновых слоёв толщиной около пяти нанометров.
В эксперименте применялись поликристаллические алмазные плёнки, выращенные методом плазмохимического осаждения на кремниевой подложке. После нанесения металлического покрытия с помощью магнетронного напыления и отжига в бескислородной атмосфере формируется тонкий проводящий графеноподобный слой, визуально проявляющийся потемнением области обработки. Такой метод позволяет интегрировать графен с алмазом эффективно и стабильно, открывая новые возможности для создания углеродных электронных устройств.
Результаты работы опубликованы в международном журнале Synthetic Metals.
Пластик может накапливать загрязняющие вещества и становится ещё вреднее. Однако если структура изменяется, то сорбционная ёмкость микропластика увеличивается, поскольку увеличивается удельная поверхность частиц и появляются новые микро- и мезопоры.