Крошечные складки резко меняют электрические свойства графена
Складки шириной менее нанометра превращают отдельные участки графена в подобие крошечных батарей. Электрические свойства материала можно настраивать его формой, не меняя химический состав.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 18 августа /Новости науки/. Ученые обнаружили сильное разделение электрических зарядов в острых складках графена. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.
Эффект связан с флексоэлектричеством — появлением поляризации при неоднородном изгибе материала. Открытие показывает, что электрическими свойствами одноатомного слоя углерода можно управлять при помощи его формы, а не химических примесей.
«Даже обычная складка становится необычной электронной структурой, если рассматривать ее в атомном масштабе», — отметил один из руководителей исследования Пуликел Аджаян. По его словам, геометрия может стать самостоятельным инструментом проектирования материалов.
Исследователи изучили складки, естественным образом возникшие в графене. Некоторые изгибы были сосредоточены на участке шириной менее одного нанометра. Такая кривизна слегка смещала электроны к одной стороне складки, формируя области с противоположными зарядами — подобие полюсов крошечной батареи.
Форму складок и их электрические свойства измеряли при помощи зондовых микроскопов. Рамановская спектроскопия позволила определить, как атомные связи растягиваются и сжимаются, а компьютерное моделирование показало влияние изгиба на распределение электронов.
При напряжении около одного вольта ученые устойчиво регистрировали ток в области складок. Сила эффекта зависела прежде всего от остроты изгиба, а не от его высоты. По оценкам авторов, возникающая поляризация была от 100 тыс. до 10 млн раз сильнее, чем в значительно более крупных флексоэлектрических системах.
Авторы предполагают, что управляемое создание подобных складок может найти применение в сверхтонкой электронике и высокочувствительных датчиках. Однако сначала предстоит выяснить, можно ли воспроизводимо формировать изгибы с заданной кривизной и объединять их в работающие устройства.
Возможность появления электрического отклика при резком изгибе графена теоретически предсказал физик Винсент Менье еще в 2008 году. Провести прямые измерения тогда не позволяли размеры складок, составлявшие всего несколько межатомных расстояний. Новая работа дала экспериментальное подтверждение этому предсказанию.
Эффект связан с флексоэлектричеством — появлением поляризации при неоднородном изгибе материала. Открытие показывает, что электрическими свойствами одноатомного слоя углерода можно управлять при помощи его формы, а не химических примесей.
«Даже обычная складка становится необычной электронной структурой, если рассматривать ее в атомном масштабе», — отметил один из руководителей исследования Пуликел Аджаян. По его словам, геометрия может стать самостоятельным инструментом проектирования материалов.
Исследователи изучили складки, естественным образом возникшие в графене. Некоторые изгибы были сосредоточены на участке шириной менее одного нанометра. Такая кривизна слегка смещала электроны к одной стороне складки, формируя области с противоположными зарядами — подобие полюсов крошечной батареи.
Форму складок и их электрические свойства измеряли при помощи зондовых микроскопов. Рамановская спектроскопия позволила определить, как атомные связи растягиваются и сжимаются, а компьютерное моделирование показало влияние изгиба на распределение электронов.
При напряжении около одного вольта ученые устойчиво регистрировали ток в области складок. Сила эффекта зависела прежде всего от остроты изгиба, а не от его высоты. По оценкам авторов, возникающая поляризация была от 100 тыс. до 10 млн раз сильнее, чем в значительно более крупных флексоэлектрических системах.
Авторы предполагают, что управляемое создание подобных складок может найти применение в сверхтонкой электронике и высокочувствительных датчиках. Однако сначала предстоит выяснить, можно ли воспроизводимо формировать изгибы с заданной кривизной и объединять их в работающие устройства.
Возможность появления электрического отклика при резком изгибе графена теоретически предсказал физик Винсент Менье еще в 2008 году. Провести прямые измерения тогда не позволяли размеры складок, составлявшие всего несколько межатомных расстояний. Новая работа дала экспериментальное подтверждение этому предсказанию.
