Открытие искривлённого графена наконец сделало сверхбыструю электронику достижимой

На последнее десятилетие пришёлся взрывной рост интереса к графену – ему пророчили произвести революцию в интегральных схемах, транзисторах, батареях, солнечных элементах, и многих других сферах технологии. Но несмотря на усиленные исследования и разработку, графен за это время лишь изредка выходил за стены лабораторий.

Одной из причин этого является его невероятная проводимость– он просто слишком хорош. И вот теперь исследователи из Национальной лаборатории Беркли полагают, что нашли причину, почему графен сопротивляется любым попыткам обуздать его проводимость.

Дело в том, что графен проводит электроны практически со скоростью света – примерно в 100 раз быстрее, чем кремний. Вдобавок, он гибок и прочен, что делает его идеальным материалом для множества производственных процессов. По мере того, как мы стремимся уместить всё больше транзисторов во всё меньший объём, повышенная эффективность графена может оказаться для нас бесценной. Но до тех пор учёным предстоит найти способ уменьшить его проводимость, что является абсолютной необходимостью для устройств с бинарными состояниями, вроде транзисторов.

Почему же графен так сложно контролировать? Единичный слой графена настолько электрически эффективен, что считается не имеющим запрещённой зоны (энергетического диапазона, в котором не может существовать состояний электронов, и таким образом, в нём нет проводимости). Полупроводники имеют маленькую, но не нулевую запрещённую зону, что позволяет им переключаться между состояниями нуля и единицы очень быстро. Попытки искусственно создать запрещённую зону в двухслойном графене оказались неэффективными, но команда из Беркли, похоже, нашла решение этой проблемы.

Покрывая один слой графена другим для создания двухслойной структуры, исследователи обнаружили, что крошечное расхождение в размерах приводит к незначительному искривлению в готовом продукте. И хотя оно может быть едва заметным – всего 0,1 градуса, это оказывает огромное влияние на электрические свойства материала.

Спектрографический анализ показал, что изогнутый графен генерирует фермионы Дирака с нулевой массой – электроны, которые ведут себе как фотоны. Это делает их неподвластными влиянию искусственно созданной запрещённой зоны, которую учёные пытались сформировать в двухслойном графене. И именно по этой причине не увенчались успехом предыдущие эксперименты по остановке электронного потока через графеновые компоненты.

Исследователи полагают, что обнаружение незначительных искривлений в двухслойном графене сделает возможным разработку более совершенных методов производства, которые смогут от них избавиться. Это будет непростой задачей – даже 10 атомов на квадратный микрометр материала могут создать достаточное искажение, чтобы предотвратить действие запрещённой зоны. Однако загадка оказалась решена, и мы теперь ближе к созданию сверхбыстрой электроники, чем когда-либо прежде.