Чудо-материал графен может принимать различные формы для самых разных целей: от прозрачных пленок, которые отталкивают комаров, до наполнителей, повышающих безопасность батарей. Одно из важнейших направлений, над которой учёные интенсивно работают - это графеновые наноленты для применения в системах хранения и вычисления энергии. Но производство этих ультратонких полос графена оказалось трудным делом.
Так как графен является полуметаллом, то невозможно избавиться от носителей тока в нём при подаче затворного напряжения, и поэтому всегда будет существовать высокие токи утечки в графеновых структурах. Для преодоления этого нежелательного эффекта предлагается использовать узкие полоски графена, из-за размера называемые нанолентами.
Графеновые наноленты — это узкие полоски графена с шириной порядка 10—100 нм. По своим физическим свойствам отличаются от более широких образцов, которые имеют линейный закон дисперсии, как в бесконечном графене. Наноленты интересны тем, что обладают нелинейным законом дисперсии и полупроводниковыми свойствами из-за наличия запрещённой зоны, которая зависит от ширины ленты и расположения атомов на границах. Таким образом в графеновых нанолентах благодаря квантово-размерному эффекту возможно образование запрещённой зоны, ширина которой обратно пропорциональна поперечному размеру ленты. Графеновые наноленты благодаря этому рассматриваются как важный шаг в создании транзистора на основе графена, который будет работать при комнатной температуре.
В отличие от листов атомов углерода, расположенных в виде ячеистых структур, составляющих традиционный графен, наноленты графена состоят из тонких полосок, всего несколько атомов в ширину. В перспективе этот материал имеет большой потенциал в качестве более дешевой и меньшей альтернативы кремниевым транзисторам, которые также будут работать быстрее и потреблять меньше энергии, или в качестве электродов для батарей, которые могут заряжаться всего за несколько минут. Именно поэтому многие исследовательские группы по всему миру концентрируют свои усилия на нанолентах графена
В целом, графеновые наноленты сегодня синтезируются на золотых поверхностях, которые служат катализатором их образования, но золото дорогое и является проводником электричества, что сводит на нет свойства нано-лент. Этот является существенным недостатком, который до сих пор ограничивал их использование за пределами лаборатории, поскольку наноленты должны были аккуратно перенесены на другую поверхность, что является нелегкой задачей.
Ученые заявляют о прорыве в области получения графеновых нанолент, разработав метод, который позволил им впервые эффективно получать их непосредственно на поверхности полупроводников.
Автор исследования, профессор Константин Амшаров из немецкого университета имени Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) работал с исследователями из Германии, США и Польши над разработкой более простого способа получения графеновых нанолент. Результат был достигнут путем объединения отдельных атомов, что позволило им впервые построить графеновые наноленты на поверхности оксида титана, полупроводящего неметаллического материала. В новом методе в качестве подложки исследователи использовали кристаллическую модификацию оксида титана — рутил. Для синтеза исследователи использовали 10,10"-дибром-1',4'-дифтор-9,9':10',9"-терантрацен (DBDFTA). Соединение полимеризовали на подложке из рутила, а затем проводили циклодегидрофторирование для создания внутримолекулярных связей. В конечном итоге ученые получили наноленту из графена, длину и ширину которой можно контролировать в процессе синтеза. По заявлению исследователей есть возможность тщательно настраивать свойства наноленты, так как они определяются формой и шириной материала.
«Наш новый метод позволяет нам полностью контролировать процесс сборки графеновых нанолент», - утверждает Амшаров. «Этот процесс является технологически значимым, поскольку его также можно использовать на промышленном уровне. Он также более рентабелен, чем предыдущие процессы».
Эта новая способность производить настраиваемые графеновые наноленты непосредственно на полупроводниковых поверхностях без необходимости использования металлических поверхностей, которые нейтрализуют их способности, по мнению команды открывает широкие возможности. Они включают в себя не только хранение данных, но и потенциально выступают в качестве эффективных полупроводников для современных электронных устройств, включая квантовые компьютеры.
