Ученые, лауреаты Нобелевской премии, профессор Андрей Гейм и профессор Костя Новоселов сделали огромный шаг вперед в изучении удивительного материала графена и выявлении его захватывающих электронных свойств для будущих электронных приложений.
В журнале Science ученые, открывшие самый тонкий материал в мире в Манчестерском университете в 2004 году, рассказали больше об электронных свойствах его чуть более толстого родственника - двухслойного графена.
Исследователи из университетов Манчестера, Ланкастера (Великобритания), Неймегена (Нидерланды) и Москвы (Россия) подробно изучили влияние взаимодействий между электронами на электронные свойства двухслойного графена.
Они использовали чрезвычайно высококачественные двухслойные графеновые устройства, которые изготавливаются путем подвешивания листов материала в вакууме. Таким образом можно было бы устранить большинство нежелательных механизмов рассеяния электронов в графене, тем самым усилив эффект электрон-электронного взаимодействия.
Последнее можно рассматривать как сильные изменения в низкоэнергетическом электронном спектре - он становится сильно анизотропным, или направленно-зависимым. Это первый в своем роде эффект, когда можно четко увидеть взаимодействие между электронами в графене.
Причина таких уникальных электронных свойств заключается в том, что квазичастицы (электроны и дырки, которые переносят электрический ток) в этом материале сильно отличаются от таковых в любых других металлах. Они обладают киральной симметрией (симметрией между электронами и дырками) типа той, которая существует между частицами и античастицами в физике высоких энергий.
Из-за таких свойств материалы на основе графена иногда называют «ЦЕРН на столе» - имея в виду Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Это лишь одна из причин, почему электронные свойства особенно интересны и часто преподносят сюрпризы.
Новаторская работа профессора Гейма и профессора Новоселова принесла им Нобелевскую премию по физике в 2010 году за «новаторские эксперименты в отношении двумерного материала графена».
Эта пара, проработавшая вместе более десяти лет с тех пор, как профессор Новоселов был аспирантом профессора Гейма, каждый пятничный вечер посвящала «нестандартным» экспериментам, не связанным напрямую с их основными исследовательскими темами.
Однажды в пятницу они использовали скотч, чтобы снять слои углерода с куска графита, и осталась двухмерная пленка углерода толщиной в один атом - графен.
Графен - новый двумерный материал, который можно рассматривать как монослой атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке. Когда два слоя графена связаны определенным образом, они образуют двухслойный графен - очень интересный и необычный материал сам по себе.
И графен, и двухслойный графен обладают рядом уникальных свойств, таких как чрезвычайно высокая электронная и теплопроводность за счет очень высоких скоростей электронов и высокого качества кристаллов, а также механическая прочность.
Профессор Новоселов сказал: «Технология производства графена совершенствуется день ото дня, что оказывает непосредственное влияние как на тип захватывающей физики, которую мы находим в этом материале, так и на осуществимость и диапазон возможных приложения."
Профессор Гейм добавил: «Высококачественный двухслойный графен, безусловно, является захватывающим материалом сам по себе, и он, безусловно, имеет свою нишу в приложениях».