Из графена создали квантовые точки | Популярный Университет

Из графена создали квантовые точки

Из графена создали квантовые точки

Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН вместе с коллегами из других научных организаций России, Польши и Франции создали графеновые квантовые точки сверхмалого размера ― единицы нанометров, ― заключенные в непроводящую матрицу. Исследователи добились этого с помощью «бомбардировки» тонких пленок фторированного графена ионами ксенона. Такое наноструктурирование фторграфена было сделано впервые. Полученные структуры могут стать активными элементами наноэлектронных  приборов, функционирующих при комнатной температуре. Открытие опубликовано в журнале Nanotechnology.

Квантовая точка ― ее иногда называют искусственным атомом ― частица полупроводника, в которой электроны находятся в потенциальной яме, то есть «заперты» и не могут свободно двигаться по всему кристаллу. Применение квантовых точек варьируется от использования в качестве флуоресцирующих меток в медицинских и биологических работах до создания одноэлектронных транзисторов и логических элементов квантового компьютера. Наноэлектронные (квантовые) устройства чувствительны к влиянию внешних условий и для корректной работы часто требуют охлаждения до температур близких к абсолютному нулю. Однако характеристики графена позволяют создавать наноэлектронные приборы, действующие в привычных нам условиях.

«Обычно, чтобы получить в графене квантовые точки, его “нарезают” на маленькие фрагменты, но, тогда края последних взаимодействуют с воздухом, окисляются. Это приводит к нестабильности свойств материалов на основе таких квантовых точек: в частности, к уменьшению электропроводности или подвижности носителей заряда. Возникает противоречие: нужны миниатюрные квантовые точки, но у них будет много краевых состояний, которые изменят (ухудшат) их параметры. В нашей работе мы формировали графеновые квантовые точки внутри матрицы фторографена (FG, диэлектрика на основе графена). Для этого мы облучали пленки фторографена быстрыми ионами ксенона. Создаваемые в результате облучения наноостровки графена оказываются встроенными во фторированную матрицу, у них нет оборванных связей и нет проблем с появлением краевых состояний», ―  объясняет научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН кандидат физико-математических наук Надежда Александровна Небогатикова.

Облучение высокоэнергетичными ионами ксенона с энергиями от 26 до 167 МэВ происходило в лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова ОИЯИ. Благодаря кратковременному и мощному выделению тепла во время пролета иона,  материал фторграфеновой матрицы локально расширялся и восстанавливался до графена вблизи треков (траекторий) ионов. Исследовательская группа предложила модель того, как происходил этот процесс.

«По-видимому, облучение разрушает отдельные частицы фторированного графена, из которого состоят пленки, приводя к формированию небольших (20-40 нанометров в диаметре) гранул с квантовыми точками. Интересно, что затем гранулы “слипаются” в более крупные сферические образования. Мы не ожидали увидеть подобный процесс, но пронаблюдали его в эксперименте и подтвердили при помощи моделирования», ―  комментирует Надежда Небогатикова.

Одно из направлений развития подхода, предложенного в работе, – разработка материалов с заранее заданными электрическими параметрами за счет управления расстояниями между квантовыми точками и формирование из них определенного рисунка. По сути подобные материалы ― основа для создания гибких электронных устройств или карт памяти.

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: