Науковці виявили, що крихітні, різко вигнуті складки в графені можуть суттєво змінювати його електричні властивості, створюючи надзвичайно сильний поділ зарядів.
Це відкриття передбачає, що в майбутньому електроніку можна буде створювати шляхом зміни форми матеріалів на атомному рівні, а не шляхом зміни їхнього складу.
Читайте також:
Графен замість антибіотиків. Вчені знайшли спосіб нищити супербактерії без шкоди для людини Результати їхньої роботи опубліковано в журналі Advanced Materials .
Вони вказують на можливий новий спосіб керування електрикою в матеріалах завтовшки лише в кілька атомів. Замість того щоб змінювати матеріал шляхом додавання хімічних речовин або поєднання його з чимось іншим, науковці зможуть налаштовувати його електричні властивості, просто змінюючи форму. У майбутньому такий підхід може сприяти створенню чутливіших датчиків і надзвичайно тонких електронних пристроїв.
«Наша робота демонструє, що навіть звичайна складка може перетворитися на унікальну електронну особливість, якщо розглядати її на атомному рівні, — зазначив Пулікель Аджаян,
професор інженерних наук імені Бенджаміна М. і Мері Грінвуд Андерсон та співавтор дослідження. — Показавши, що сама лише геометрія здатна змінювати електричні властивості графену, ми відкриваємо новий шлях до проєктування матеріалів, властивості яких можна контролювати за допомогою структури, а не хімічного складу».
Графен складається з одного шару атомів вуглецю. У цьому дослідженні вчені зосередилися на складках, що природним чином утворюються в цьому матеріалі. Деякі з цих вигинів були стиснуті до розмірів, менших за одну мільярдну частку метра. У такому масштабі сильна кривизна може призвести до незначного зміщення електронів в один із боків графену.
«Уявіть, що ви згинаєте лінійку, але згин стискається в просторі розміром менше мільярдної частки метра, — сказав Сатвік Аджай Ієнгар, колишній аспірант Університету Райса та провідний автор дослідження. — У такому масштабі електрони в графені трохи зміщуються в один бік, утворюючи дві протилежні електричні сторони — наче полюси крихітної батарейки».
Для дослідження цього ефекту команда використовувала спеціалізовані мікроскопічні зонди,
щоб побудувати карту форми зморшок і виміряти локальну електричну енергію та струм. Дослідники також застосовували раманівську спектроскопію — лазерний метод, що показує, як атоми розтягуються або стискаються. Комп’ютерне моделювання допомогло передбачити, як вигин має впливати на рух електронів.
Порівнюючи сильно вигнуті складки із сусідніми ділянками плаского графену, дослідники змогли відокремити електричні ефекти, зумовлені кривиною, від інших можливих впливів.
«У попередніх дослідженнях часто вивчали більш пологі вигини або застосовували зовнішній тиск, що ускладнювало виокремлення цього тонкого ефекту, — зазначив Айенгар. — Порівняння різко вигнутих складок із пласким графеном дозволило нам чітко визначити роль екстремальної кривизни».
Дослідники виявили, що складки графену поводяться подібно до рядів крихітних електричних «лежачих поліцейських». На своїх різко вигнутих кінцях складки змінюють локальну електричну енергію. Після подачі електричного струму з напругою близько одного вольта дослідники фіксували постійний електричний струм. Результати вимірювань точно збіглися з прогнозами комп’ютерних моделей.
Читайте також:
Поза межами фізики. Графен кинув виклик фундаментальним уявленням про провідність
