Крошечные складки графена создают удивительные электрические эффекты
Физики обнаружили, что крошечные морщины в графене способны значительно изменять электрические свойства материала. Они смогли в эксперименте подтверить существование флексоэлектрического эффекта — явления, при котором неравномерный изгиб вызывает появление электрического заряда в материале.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Специалисты Университета Райса открыли принципиально новый способ управления электричеством в материалах толщиной всего в несколько атомов. Вместо изменения свойств путем добавления химических веществ или комбинирования с другими материалами, ученые могут настраивать электрические характеристики просто изменяя форму материала. В будущем эта стратегия может стать основой более чувствительных сенсоров и сверхтонких электронных устройств.
«Показав, что одна лишь геометрия может изменить электрическое поведение графена, мы открываем новый путь для проектирования материалов, свойства которых могут контролироваться через структуру, а не химию», — говорит соавтор исследования, профессор инженерии Пуликел Аджаян.
Графен состоит из одного слоя атомов углерода. Для этого исследования ученые сосредоточились на складках, сформировавшихся естественным образом в материале. Некоторые изгибы были сжаты в области размером менее миллиардной доли метра. В таком масштабе интенсивное искривление может вызвать небольшое смещение электронов.
«Представьте, что сгибаете гибкую линейку, только изгиб сжат в пространстве меньше миллиардной доли метра, — объясняет ведущий автор исследования Сатвик Аджай Айенгар. — В таком масштабе электроны в графене слегка смещаются к одной стороне, создавая две противоположные электрические стороны, как концы крошечной батарейки».
Чтобы изучить этот эффект, физики использовали специализированные микроскопические зонды для картирования формы складок и измерения локальной электрической энергии и тока. Ученые также применили спектроскопию Рамана — лазерный метод, показывающий растяжение или сжатие атомов. Компьютерное моделирование помогло предсказать, как изгиб должен влиять на движение электронов.
Команда обнаружила, что складки графена ведут себя словно ряды крошечных электрических препятствий. На их резко изогнутых вершинах изменялась локальная электрическая энергия, причем сила эффекта оказалась связана больше с остротой складки, чем с ее высотой. Ученые оценили, что результирующая поляризация была в 100 тысяч — 10 миллионов раз сильнее поляризации в гораздо больших флексоэлектрических системах.
В основе открытия лежит гипотеза физика Винсента Менье, который еще в 2008 году предсказал, что резкое сгибание графена может перераспределить электроны и создать электрический отклик. Теперь, спустя годы, его прогноз получил экспериментальное подтверждение и может стать основой для разработки сверхтонкой электроники, в которой складки материала будут не дефектами, а функциональными элементами.
Ранее физики получили снимок муарового графена в беспрецедентно высоком разрешении.
ФизикаПоделиться
