В Дании изготовили тончайшую в мире рождественскую елку из графена

09:28 30 Декабрь Киев, Украина

Датские физики решили изготовить «тончайшую в мире рождественскую елку» и сделали новогодний символ из графена — материала толщиной в один атом. Впрочем, кроме рекордной толщины рождественского дерева ученые продемонстрировали на нем работу терагерцового излучения, с которым удалось отслеживать качество графена во время отделения его из медной пленки. Это значительно ускорит технологию изготовления графеновых пленок и приблизит графеновую электронику к массовому производству. Как и зачем ученые вырезали елки из графена, подробнее рассказывает пресс- релиз университета.

Как физики празднуют Рождество?

Два года назад канадские ученые отметили Рождество, создав микроскопический пряничный домик на голове снеговика. И все как положено — у снеговика была улыбка и руки, а на домике можно разглядеть дымоход, кирпичную кладку и даже рождественский венок. Структуру в шесть микронов в ширину построили с помощью пучка заряженных ионов галлия как демонстрацию технологии.

Не менее по-новогоднему выглядит снеговик, слепленный из графена. Снеговик из трех шаров улыбается и машет деревянной рукой. Он стал свидетельством того, как физикам удалось создать из оксида графена тестообразную массу, легко поддающуюся деформациям.
 
Фото: Работы по графенолепке американских и тайваньских ученых. Che-ning Yeh et al. / Nature Communications, 2019
 
В этом году в духе Рождества физика порадовала нас праздничной елкой. Исследователи Технического университета Дании создали тончайшее в мире дерево из материала толщиной в один атом — графен.

И зачем нужно графеновое дерево?

Графен – это одна из форм углерода, толщиной в один атом, за открытие которой вручили Нобелевскую премию в 2010 году. Благодаря своей структуре он стал невероятно популярным среди ученых, а потому о материале нам известно достаточно: он является полупроводником, но без запретной зоны, заряды в нем приобретают максимальную подвижность из всех других известных нам материалов, а сам он хорошо умеет противостоять деформациям и сохраняет прозрачность, рекордную теплопроводность и низкую теплоемкость.

Поэтому графен постепенно завоевал популярность и в электронике. Он считается идеальным кандидатом для использования в нательной электронике с учетом электронных особенностей и механических свойств графена. И, как выяснилось, может быть хорошим материалом для рождественских украшений. На своей елке датские физики продемонстрировали возможность контролировать качество графеновой пленки во время ее переноски из медного слоя, что мешало масштабировать графеновое электронное производство.

Какую елку растили физики?

Елка толщиной в один атом и высотой в 14 сантиметров была вырезана из 10-метрового рулона графена, выращенного на медной пленке. На подложку графен попадает из газообразного состояния при температуре более тысячи градусов Цельсия — буквально образует налет. И если этот процесс уже довольно налажен в лабораториях, то отделение образовавшегося графенового слоя от меди является задачей более сложной.
 
Фото: Слой графена после переноски из медного рулона. Abhay Shivayogimath og Jie Ji
 
Основная проблема переноса графена на нужную вам подложку – получить относительно чистый графен без органических загрязнений, остающихся на поверхности после химических обработок или структурных дефектов, влияющих на подвижность носителей заряда в графене. И активный контроль этого переноса помог бы сразу осуществлять контроль качества и ускорять производство.

С этой целью исследователи решили использовать терагерцовое излучение, а точнее – взаимодействие графена с ним. В зависимости от того, как пленка будет поглощать это излучение, появится возможность получить изображение электрических свойств пленки прямо во время процесса переноски, а за ним и данные о качестве полученного слоя. Метод был утвержден как первый официальный международный стандарт измерения качества графена.

Учитывая все необычные качества графена, неудивительно, что большинство новостей, связанных со сверхпроводимостью или новейшей электроникой, часто упоминают именно графен. Его физики любят наслаиваться в «сэндвичи» и закручивать под «магическим углом», чтобы искать новые свойства — например, вызвать сверхпроводимость и даже управлять ею. А также графен оказался отличным средством для сохранения художественных ценностей от влаги и солнечного излучения.