Метелик Хофштадтера допоміг відключити провідність графена

Вчені навчилися змінювати властивості енергетичної щілини у графена.

Учені з Великобританії, Китаю, США, Південної Кореї, Росії та Японії, до числа яких входять нобелівські лауреати Андрій Гейм та Костянтин Новосьолов, відкрили нові властивості графена, які змінюють його провідність, повідомляє Lenta.ru.

Вчені навчилися змінювати властивості енергетичної щілини у графена. Для цього автори нанесли графен на шар “білого графіту”- нітриду бору із графітоподібною гексагональною (вузли решітки вкладені у правильний багатокутник) алотропною модифікацією.

Дослідники виявили, що така комбінація дозволяє регулюванням взаємних орієнтацій напрямків у кристалічних решітках змінювати ширину енергетичної щілини у графена. Це пов'язано з тим, що підкладка з нітриду бору викликає деформацію графенової решітки, у зв'язку з чим змінюються її провідні властивості.

Фізики з'ясували, що за кута нахилу між напрямками решіток графену і нітриду бору менше одного градуса структура решітки нітриду бору майже ідентична графеновій. Причому кут між атомами вуглецю у самій графеновій решітці збільшився на 1,8 градуса, що призвело до виникнення енергетичної щілини. За кутах нахилу між напрямками решіток графену і нітриду бору більше одного градуса енергетичної щілини не виникало.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Фізики вперше виявили екситони в металі

Накладення двох кристалічний решіток дозволило вченим в утвореній гетероструктурі відтворити ефект муарового візерунка у вигляді метелика Хофштадтера - фрактальної структури, описаної у 1976 році майбутнім нобелівським лауреатом Дугласом Хофштадтером, яка відтворює залежність значень рівнів енергії електрона від величини магнітного поля у двовимірному кристалі.

Метелик Хофштадтера (1976 рік); по горизонталі - енергія рівнів електрона, по вертикалі - величина магнітного поля Зображення: Douglas Hofstadter

У своїй роботі вчені досліджували різні комбінації зразків графену і підкладок з нітриду бору, використовуючи сканувальні зондові (атомний силовий і тунельний ) та раманівський методи спектроскопії.

Енергетична щілина (заборонена зона) - інтервал енергій, у якому в ідеальному кристалі, згідно квантовомеханічної теорії руху електронів у твердому тілі, не можуть перебувати електрони. Така щілина відповідає інтервалу між валентною зоною і зоною провідності у кристалі. У графені ширина цієї щілини дорівнює нулю, введенням підкладки з нітриду бору фізикам вдалося деформувати кристалічну решітку графена і тим самим створити ненульову енергетичну щілину, яка дозволяє змінювати властивості провідності графена - у тому числі і відключати її.

Раніше вчені також досліджували різні властивості графена на підкладках з нітриду бору, однак у своїй роботі автори вперше виявили залежність таких властивостей від кута взаємної орієнтації напрямків кристалічних ґраток. Робота фізиків відкриває нові можливості у використанні графена в електронній промисловості.

Робота вчених опублікована в журналі Nature Physics, коротко з її змістом можна ознайомитися на сайті Phys.org.