Как атом водорода придал графену свойства полупроводника

Как атом водорода придал графену свойства полупроводника

Графен позиционируется учёными необычным материалом. Структура чистого углерода толщиной всего в один атомный слой – это действительно необычное строение. Тем не менее, графен устойчив, крепок и способен проводить электричество. Однако применительно к электронике, материалу присущи существенные недостатки. К примеру, нет возможности использовать в качестве полупроводника, поскольку отсутствует запрещенная зона. Между тем специалисты полагают, если подключить атомы водорода к структуре графена, вполне реально получить ту самую запрещенную зону.

Водород + двумерная аллотропная модификация углерода

Исследовательская группа университетов Геттингена и Пасадены (США) смогла продемонстрировать, как атомы водорода химически связываются с графеном путём быстрой реакции. Удивлённым экспериментальными наблюдениями специалистам, пришлось разработать теоретическую методологию с последующим моделированием на компьютере. Затем новую методологию сравнили с результатами экспериментов.

При помощи теоретической модели, удачно согласованной с экспериментальными наблюдениями, исследовательская группа воспроизвела сверхбыстрые движения атомов, образующих переходную химическую связь. Продолжительность связи всего около десяти фемтосекунд (десять квадриллионных долей секунды). Этим временем связь определяется как одна из самых быстрых химических реакций, когда-либо наблюдаемых непосредственно.

За период времени, равный десяти фемтосекундам, атом водорода передаёт практически 100% собственной энергии атомам углерода графена. При этом запускается звуковая волна, как после броска камня в воду, которая распространяется от точки воздействия атома водорода на всю поверхность графена. Эта звуковая волна способствует быстрой связи атома водорода с атомом углерода, о чём ранее предполагали учёные.

Новое понимание химической связи

Результаты работы, полученные исследовательской группой, дают принципиально новое понимание химической связи. Кроме того, полученные результаты представляют значительный интерес для промышленного производства.

Сопряжение атомов водорода с графеном способствует воспроизводству запрещённой зоны полупроводника на основе графена. Так появляется возможность получения полезных полупроводников, более универсальных для электроники.

Учёные Геттингенского университета приложили огромные усилия для организации и проведения экспериментов. Пришлось использовать условия сверхвысокого вакуума, чтобы добиться совершенной чистоты поверхности графена.

Применялись многочисленные лазерные системы с целью подготовки атомов водорода перед экспериментом и обнаружения уже после момента связи. Наконец, исследовательской группе удалось получить тот результат, на который рассчитывали учёные.


При помощи информации: Goettingen