Новости перспективных технологий

Показан простой способ формирования запрещённой зоны в трёхслойном графене

Изображения с сайта science.compulenta.ru

Физики из США и Италии доказали, что внешнее электрическое поле, приложенное перпендикулярно образцу трёхслойного графена, может сформировать в нём довольно большую запрещённую зону.

Напомним: запрещённой зоной в полупроводнике называют область энергий, отделяющую заполненную электронами валентную зону от свободной зоны проводимости. Ширина такого зазора, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электронов, считается одной из основных характеристик полупроводника и определяет область его применения. В «обычном» графене эта ширина равна нулю, что делает его полуметаллом.

Отсутствие надёжных и простых методик формирования ненулевой запрещённой зоны и управления её шириной сдерживает распространение графена. Ранее учёные уже экспериментировали с многослойными (в первую очередь — двухслойными) образцами углеродного материала, пытаясь расширить запрещённую зону с помощью электрического поля, и добились определённых успехов, но опыты с трёхслойным графеном результата не дали.

Схема созданных графеновых устройств. PEO — полиэтиленоксид. (Иллюстрация из журнала Nature Physics.)

Чтобы разобраться в этом вопросе, авторы изготовили на основе трёхслойного графена, расположенного на подложке из SiO2/Si, небольшие устройства с верхним затвором. Важно отметить, что они различались по способу укладки слоёв графена: в некоторых устройствах трёхслойные структуры имели типичную для них зеркальную симметрию, а в других — нет.

Информацию о том, как модифицируется зонная структура графена после включения внешнего поля, физики получали при наблюдении за изменяющейся фотопроводимостью. Как выяснилось, в «симметричном» трёхслойном графене запрещённая зона действительно не обнаруживается, и её ширина при напряжении затвора в 0,9 В совершенно точно не превышает 30 мэВ. Трёхслойная структура, лишённая зеркальной симметрии, вела себя совершенно по-другому: когда напряжение поднимали до 1,2 В, ширина запрещенной зоны приближалась к ~120 мэВ.

Кристаллическая структура трёхслойного графена с «симметричной» (слева) и «несимметричной» укладкой слоёв (иллюстрация из журнала Nature Physics).

Полные результаты исследования, свидетельствующие о том, что порядок укладки слоёв графена влияет на зонную структуру материала, будут опубликованы в одном из ближайших номеров журнала Nature Physics. Компанию этой работе составит ещё одна статья, посвящённая трёхслойному графену и зависимости ширины его запрещённой зоны от расположения слоёв.

Информация с сайта science.compulenta.ru со ссылкой на материалы Ars Technica.

Автор оригинального текста: Дмитрий Сафин.