Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям

40 
соседей не имеет и проецируется прямо в центры шестиугольников соседнего 
слоя. см. Рис. 1.28
.
Рис. 1.28. Кристаллическая структура двухслойного графена [15] 
Квантовые перескоки электронов между взаимодействующими атомами 
разных слоев формируют пару высокоэнергетических электронных подзон. Эти 
подзоны не дают вклада в электронный транспорт до тех пор, пока не 
достигаются очень высокие уровни допирования. В оптических экспериментах 
эти подзоны легко наблюдаются. 
Невзаимодействующие атомы углерода разных слоев дают начало 
низкоэнергетическим зонам. Эти зоны пересекаются при нулевой энергии как в 
однослойном графене, но имеют параболическую форму. см. рис.1.29. 
Симметрия между слоями является здесь аналогом симметрии подрешеток в 
однослойном графене и обеспечивает киральную симметрию между 
электронами и дырками. 

41 
Рис. 1.29. Зонная структура двухслойного графена в окрестности точки 
К,
показанной на
рис. 1.25[15]. 
Таким образом, получаются квазичастицы нового типа в двухслойном 
графене – 
массивные киральные фермионы
, которые не имеют аналогов в 
квантовой электродинамике (КЭД). 
Киральность массивных фермионов проявляется в квантовом эффекте 
Холла необычного вида. В магнитном поле последовательность уровней 
Ландау имеет вид 


1
N
e
E
N N

 

, 
Здесь 
*
/
e
eB m


-циклотронная частота, 
*
2
1
/ 2
m



-циклотронная масса.
1

-
интеграл перескока электронов разных слоев. 
При нулевой энергии 
0
N
E

существуют два уровня Ландау с 
0
N

и 
1
N

, 
которые снова приводят к необычной последовательности холловских плато и 
металлическому поведению в пределе нулевого фактора заполнения. 
Прикладывая затворное напряжение, или химически допируя графен 
только с одной стороны, мы нарушаем симметрию между слоями и, 
следовательно, их подрешетками по отношению к пространственной инверсии. 
Это приводит к снятию киральной симметрии и открытию щели в спектре 
энергии до 0,5 эв. 
В итоге двухслойный графен представляет собой редкий материал, в 
котором запрещенной зоной можно непосредственно управлять электрическим 
полем, приложенным поперек слоев. Ширина запрещенной зоны (щели в 
спектре энергий) прямо пропорциональна величине поля. 
Применение графена 
Графеновая подложка
применяется для изучения нанообъектов, 
биологических
 
и других образцов методом просвечивающей электронной 
спектроскопии (ПЭМ). Графен предельно тонкий, проводящий, контрастный 
радиационно-стойкий до энергий 80 кэВ. 
Графен выращенный химическим газофазным осаждением (CVD) на 
поверхности металла покрывается слом полимера. Затем, металлическая 
подложка удаляется травлением. Полимерная пленка, с прикрепленным к нему 
графеном, перемещается на металлическую сетку, с отверстиями несколько 
микрон. После удаления полимерной сетки, образуется свободно висящая 
мембрана. См рис. 1.30. 

42 
Рис. 1.30. Изготовление графеновых мембран в качестве подложек в просвечивающей 
электронной спектроскопии [15] 
Графеновые прозрачные проводящие покрытия
для солнечных батарей и 
жидкокристаллических дисплеев применяются вместо металлических и 
оксиднометаллических. 
Графеновые полевые транзисторы
с возможной подвижностью 
квазичастиц 
5
2
1
1
10
см В с


при комнатной температуре. При подвижности 
3
2
1
1
10
см В с


, усиление по току на частотах 100 ГГц в транзисторах с каналом 
длиной 240 нм выше, чем кремниевых полевых МОП-транзисторах с такой же 
длиной канала. 
Графеновые интегральные микросхемы 
Создана технология нанесения 
графена
(монослоя графита) на подложку 
из нитрида бора, достаточного размера для интегральной микросхемы. 
Постоянная решетки сильно отличается от постоянной решетки графита, 
поэтому кремний не годится как подложка для графена. Однако графен, к 
сожалению, имеет большую минимальную удельную проводимость в 
состоянии «выключено». 
Графеновые композитные материалы
Прочнейший и жесткий графен с модулем Юнга 1 ТПа идеальных 
кандидат для армированных высококачественных композитов. Одноатомная 
толщина не дает ему расколоться. Высокое отношение поперечного размера к 
толщине делает его идеальным ограничителем трещин. Взаимодействие 
графена со связующим материалом можно усилить, химически модифицировав 
поверхность или края графена. 
Спектр комбинационного рассеяния графена существенно меняется при 
механических деформациях в доли процента. Сам комбинационный сигнал 
очень сильный, а механические напряжения хорошо передаются от полимера к 

43 
графену. Поэтому скопление напряжений в исследуемом композитном 
материале легко обнаруживаются по спектральным пикам. 
В области фотоники созданы сверхбыстродействующие фотодетекторы 
использующие высокую подвижность и большую фермиевскую скорость 
квазичастиц в графене, и эффективные синхронизаторы мод. 
Графен используют для создания идеальных газовых барьеров и 
тензодатчиков благодаря исключительной механической прочности и высокого 
кристаллического совершенства решетки. 
Графен и его окись используют для очистки от радиоактивных 
загрязнений. Он лучше взаимодействует с радиоактивными атомами, чем 
бетонитовые глины. 

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: