Дослідники з США та Великобританії об'єднали свої зусилля у вивченні того, чому властивості багатошарового графена різняться від зразка до зразка. На думку вчених, відповідь слід шукати у взаємній орієнтації одноатомних площин один щодо одного. Дане відкриття не тільки пояснює існували раніше загадки, але й відкриває шляхи для управління електронними властивостями дивовижного матеріалу для практичних застосувань.

Графен являє собою унікальний матеріал, що складається з атомів вуглецю, створюючих двовимірну гексагональну кристалічну решітку. За рахунок відсутності в його кристалах третього виміру, графен володіє цілим рядом унікальних фізичних властивостей, не спостерігалися у «багатошарових» форм вуглецю. Наприклад, вільні носії струму в графені (електрони) рухаються зі швидкостями близькими до швидкості світла і практично не розсіюються атомами, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки (тобто ведуть себе як релятивістські діраковскіе ферміони, що не володіють масою спокою). Це та інші властивості графена роблять цей матеріал відмінною основою для створення ультрашвидке електронних пристроїв майбутнього.

Теоретично, кілька шарів графена, об'єднані в один кристал (так званий «багатошаровий» графен), не повинні містити діракоскіх ферміонів, тому що в даному випадку кристалічна решітка втрачає свій двовимірний характер. Однак подібні частинки були виявлені в багатошаровому графені, вирощеному методикою осадження вуглецевих атомів на поверхні підкладки. Це відкриття вельми спантеличив науковий світ.

Зображення багатошарового графена, окремі площини якого повернені один щодо одного на 28 градусів. Ліве зображення отримано за допомогою методик скануючої тунельної мікроскопії; праве – змодельоване.

У своїх експериментах команда створювала багатошаровий графен шляхом осадження атомів вуглецю на нікелевій поверхні. Після чого графен відокремлювався від поверхні хімічними методами і вивчався за допомогою просвічує електронного мікроскопа. У кожному разі в першу чергу оцінювався один і той же параметр – взаємна орієнтація двовимірних кристалічних площин один щодо одного. У наслідок, наявність або відсутність ферміонів визначалося спектроскопією рівнів Ландау (в присутності зовнішнього магнітного поля, прикладеного до зразка).

Команда виявила, що коли площини були повернені один щодо одного не на 60 градусів (як буває при найбільш природною схемою), а всього на 22 градуси від цього «природного стану», вільні електрони вели себе як ферміони Дірака в одослойном графені. При менших кутах обертання площин один щодо одного (приблизно при 4 градусах), швидкість вільних носіїв струму падає до 80% (від швидкості в одношаровому графені). Третій створений вченими зразок мав кут взаємної орієнтації площин близько 1,2 градусів; при цьому не спостерігалося ніяких ферміонів.

На думку вчених, явище спостерігається, бо обертання площин порушує кристалічну періодичність, що знижує зчепленість атомних площин і призводить до того, що кожна з них «працює» як відокремлена.

У найближчому майбутньому вчені планують повторити вимірювання при довільному куті орієнтації кристалічних площин. Згодом ці знання допоможуть краще проектувати електронні пристрої на базі багатошарового графена.

За матеріалами: nanonewsnet

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?