Данські фізики вирішили виготовити «найтоншу у світі різдвяну ялинку» та зробили новорічний символ з графену — матеріалу товщиною в один атом. Втім, окрім рекордної товщини різдвяного дерева, вчені продемонстрували на ньому роботу терагерцового випромінювання, з яким вдалося відстежувати якість графену під час відділення його з мідної плівки. Це значно прискорить технологію виготовлення графенових плівок і наблизить графенову електроніку до масового виробництва. Як і навіщо вчені вирізали ялинки з графену, детальніше розповідає пресреліз університету.
Jie Ji
Так фізики святкують Різдво?
Два роки тому канадські вчені відзначили Різдво, створивши мікроскопічний пряниковий будиночок на голові у сніговика. І все як належить — у сніговика була усмішка і руки, а на будиночку можна розгледіти димар, цегляну кладку і навіть різдвяний вінок. Структуру в шість мікронів завширшки побудували за допомогою пучка заряджених іонів галію як демонстрацію технології.
Не менш по-новорічному виглядає сніговик, зліплений із графену. Сніговик із трьох куль посміхається і махає дерев'яною рукою. Він став свідченням того, як фізикам вдалося створити з оксиду графену тістоподібну масу, яка легко піддається деформаціям.
Роботи з графеноліплення американських і тайванських вчених. Che-Ning Yeh et al. / Nature Communications, 2019
Цього ж року у дусі Різдва фізика порадувала нас святковою ялинкою. Дослідники Технічного університету Данії створили найтонше у світі дерева з матеріалу завтовшки один атом — графену.
І навіщо потрібне графенове дерево?
Графен — це одна з форм вуглецю, товщиною в один атом, за відкриття якої вручили Нобелівську премію у 2010 році. Завдяки своїй структурі він став неймовірно популярним серед вчених, а тому про матеріал нам відомо достатньо: він є напівпровідником, але без забороненої зони, заряди у ньому набувають максимальної рухливості з-посеред усіх інших відомих нам матеріалів, а сам він добре вміє протистояти деформаціям і зберігає прозорість, рекордну теплопровідність та найнижчу теплоємність.
Тому графен поступово завоював популярність і в електроніці. Він вважається ідеальним кандидатом для використання у натільній електроніці, враховуючи електронні особливості та механічні властивості графену. І, як з'ясувалося, може бути непоганим матеріалом для різдвяних прикрас. На своїй ялинці данські фізики продемонстрували можливість контролювати якість графенової плівки під час її перенесення з мідного шару, що досі заважало масштабувати графенове електронне виробництво.
Яку ялинку ростили фізики?
Ялинка товщиною в один атом і висотою у 14 сантиметрів була вирізана з 10-метрового рулону графену, який виростили на мідній плівці. На підкладку графен потрапляє з газоподібного стану за температури у понад тисячу градусів Цельсію — буквально утворює наліт. І якщо цей процес вже доволі налагоджений у лабораторіях, то от відділення утвореного графенового шару від міді є завданням складнішим.
Шар графену після перенесення з мідного рулону. Abhay Shivayogimath og Jie Ji
Основна проблема перенесення графену на потрібну вам підкладку - отримати відносно чистий графен без органічних забруднень, що залишаються на поверхні після хімічних обробок або структурних дефектів, що впливають на рухливість носіїв заряду в графені. І активний контроль цього перенесення допоміг би одразу здійснювати контроль якості та прискорювати виробництво.
З цією метою дослідники вирішили використати терагерцове випромінювання, а точніше – взаємодію графену з ним. Залежно від того, як плівка поглинатиме це випромінювання, з'явиться можливість отримати зображення електричних властивостей плівки прямо під час процесу перенесення, а за ним — і дані про якість отриманого шару. Метод затвердили як перший офіційний міжнародний стандарт вимірювання якості графену.
Процес виготовлення і контролю графенової ялинки. CNG NanoClips / YouTube
З огляду на всі незвичайні якості графену, не дивно, що більшість новин, пов’язаних з надпровідністю або новітньою електронікою, часто згадують саме графен. Його фізики люблять нашаровувати у«сендвічі» і закручувати під «магічним кутом», щоб шукати нові властивості — наприклад, викликати надпровідність та навіть керувати нею. А також графен виявився відмінним засобом для збереження мистецьких художніх цінностей від вологи і сонячного випромінювання.