Ученые из РФ и США разработали методику превращения графена в наноалмазные пленки

Разделы: Электроника и оптика, Нанотехнологии, Рынки и сотрудничество, Глобальная безопасность

4705

0

Ученые из РФ и США разработали методику превращения графена в наноалмазные пленки.

Источник изображения: rusnanonet.ru

Ученые НИТУ "МИСиС" и американские материаловеды разработали методику, позволяющую превращать многослойный графен в тончайшую наноалмазную пленку.

Алмаз - материал, не нуждающийся в представлении, очень востребован и в ювелирной области, и в качестве технологически важных твердых покрытий, как широкозонный полупроводник для электроники, а также источник однофотонной эмиссии для будущих квантовых компьютеров. Для всего вышеперечисленного, за исключением, возможно, ювелирных изделий, более перспективным с технологической точки зрения является алмаз в виде сверхтонких плёнок, что и побуждает научное сообщество к попытке создания подобной структуры.

"С уменьшением толщины технология синтеза алмазных плёнок усложняется, - сообщил соавтор исследования, ведущий научный сотрудник НИТУ "МИСиС", д.ф.-м.н. Павел Сорокин. - Традиционные методики выращивания алмаза толщиной в несколько атомарных слоёв не применимы и нами был предложен новый подход, позволяющий использовать многослойный графен как основу для их получения".

Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Нобелевская премия 2010 года по физике была присуждена Константину Новоселову и Андрею Гейму, выходцам из России, работающим в Великобритании, за получение и изучение первых образцов графена.

Шесть лет назад П.Б. Сорокин (Россия), Б.И. Якобсон (США) и их коллеги показали, что слои графена, уложенных друг на друга, можно в теории превратить в так называемый диаман, двумерный аналог алмаза, который будет оставаться стабильным при нормальном давлении и комнатной температуре. Эта теоретическая работа, как отметил ученый, привлекла внимание со стороны многих ведущих физиков-экспериментаторов, попытавшихся реализовать их идею на практике.

"В разработанной теории было предсказано, что осаждение атомов водорода может позволить сформировать плёнки с числом слоёв до 30. Однако до сих пор экспериментально наблюдалось формирование алмазоподобной плёнки только из двухслойного графена, - пояснил Сорокин. - Очевидно, что теория требовала дополнения, которое учтёт возможные нуклеационные барьеры и объяснит расхождение с экспериментальными данными. Мы работали над этой проблемой вместе с нашими американскими коллегами более пяти лет".

Как отметил ученый, формированию алмаза препятствует возникновения сильных механических напряжений в структуре многослойного графена при осаждении на его поверхность атомов водорода или фтора. Это приводит к быстрому росту барьера нуклеации алмаза с увеличением числа слоёв в плёнке.

"Мы показали, что осаждение сторонних атомов легко приводит к соединению только двух слоёв графена, - добавляет профессор Борис Якобсон (США), - а для более толстых пленок все же нужно прикладывать небольшое и всего лишь локальное давление для облегчения процесса алмазообразования, вполне достижимое в лабораторных условиях. Кроме того, требуется особым образом расположить слои графена".

Теоретические результаты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными, а предложенный подход как отмечают ученые, не имеет каких-то принципиальных ограничений на практике и вполне может применяться в промышленном производстве после решения всех сопутствующих инженерно-технических проблем.

"Важно то, что наша новая теория показывает, что подобным методом можно получить не просто нанопленки из кубического алмаза, а лонсдейлит, алмаз с гексагональной кристаллической решёткой, - отмечает один из авторов статьи Сергей Ерохин. - Такие лонсдейлитовые пленки еще не создавались ранее и наблюдались только как дефект в структуре алмаза".

Результаты исследования представлены в статью в международном научном журнале Small.