Графен превратили в идеальный полупроводник

02.11.2021 16:00
Просмотров: 799

Ученые выяснили, что графен можно превратить в идеальный полупроводник, если склеить его с другим двумерным материалом, состоящим из вольфрама, кислорода и селена. Благодаря этому можно будет производить прозрачную электронику на основе графена, надеются разработчики. Описание их работы опубликовал научный журнал Nature Electronics.

"Мы не просто превратили графен в полупроводниковый материал, но и открыли новый способ управления его свойствами. По сути, мы только приступили к изучению всех возможностей", – рассказал один из авторов работы, профессор Колумбийского университета (США) Джеймс Хоун.

Графен – это разновидность углерода, которая представляет собой материал толщиной в один атом. Химические связи, которые соединяют атомы графена, по структуре напоминают пчелиные соты. За получение и изучение первых образцов графена вручили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

Дальнейшие эксперименты показали, что среди свойств графена есть не только полезные, но и те, что мешают применять его на практике. В частности, графен тяжело превратить в полноценный полупроводник, так как у него нет так называемой "запрещенной зоны".

По словам Хоуна, ученые давно пытаются преодолеть это препятствие с помощью различных примесей. С их помощью графен можно превратить в полупроводник, однако, как правило, примеси распределяются по двумерному материалу крайне неоднородно. Из-за этого подобный графен нельзя использовать для производства сложной электроники без запредельно высоких затрат.

Американские исследователи выяснили, что подобную проблему можно обойти, если соединить лист графена с другим двумерным материалом, состоящим из атомов вольфрама, селена и кислорода. В результате их взаимодействия электрические свойства графена меняются, и внутри него возникают положительно заряженные "дырки", характерные для полупроводниковых материалов.

Оказалось, что эти области с положительным зарядом идеально распределялись по графену. Причем их свойствами и количеством можно было управлять, меняя расстояние между листами двумерных материалов. Благодаря этому подобный материал можно использовать для производства гибкой электроники и решения других задач.

Кроме того, ученые обнаружили, что подобный комбинированный графен стал более проницаемым для инфракрасного излучения и видимого света. Благодаря этому его можно применять для производства различных компонентов оптических систем связи и так называемых световых компьютеров, подытожили ученые.

Фото: Ipshita Datta, Lipson Nanophotonics Group, Columbia University