Версия для слабовидящих
Определены условия создания сверхтонких алмазных плёнок Печать Email
Новости науки
05.02.2014
Учёные, ведомые Борисом Якобсоном из Университета Райса (США) и Павлом Сорокиным из Технологического института сверхтвёрдых и новых углеродных материалов (Троицк, Россия), рассчитали фазовую диаграмму (диаграмму состояния) для создания диамана — ультратонкой плёнки из алмаза толщиной в несколько атомов. Считается, что этот материал, свойства которого должны резко отличаться от собственно алмаза (примерно как двумерный графен от трёхмерного графита), может стать прекрасным полупроводником с весьма широкой запрещённой зоной.

Фазовая диаграмма диамана. Кроме температуры, значение для неё имеют толщина и количество исходных слоёв графена. (Здесь и ниже иллюстрации Павла Сорокина / ТИСНУМ.)


В новой работе, ведущим автором которой был аспирант Александр Квашнин, представлены условия (включая температуру, давление и пр.), необходимые для превращения сложенных вместе листов графена в почти лишённую дефектов алмазную решётку. При этом оказалось, что создание диамана при некоторых условиях возможно без приложения избыточного давления, то есть техпроцесс может быть радикально упрощён и удешевлён. «Диаманы имеют широкий диапазон потенциального применения, — рассказывает Павел Сорокин. — Их можно использовать как очень тонкие и твёрдые диэлектрические плёнки в наноконденсаторах или жёсткие элементы особо малой толщины в наноэлектронике».

Привычными методами создать такой квазидвумерный материал нельзя, зато всё получается, если сложить вместе листы графена. Согласно результатам моделирования, техпроцесс должен вестись в водородной атмосфере. «Фазовая диаграмма подсказывает вам, какая фаза доминирует, является основным состоянием для той или иной температуры и давления, — поясняет Борис Якобсон. — У диамана диаграмма имеет необычный вид, поскольку результаты по ней также зависят от толщины и количества слоёв [исходного] графена. Вот так в ней появляется новый параметр».

В принципе, катализатором может быть не только водород, но именно он использовался при моделировании. «Когда водород "атакует", он забирает у атома углерода в графене один электрон, — вдаётся в тонкости г-н Якобсон. — В результате связь разрушается, и ещё один электрон остаётся "висеть" на другой стороне графенового слоя. Теперь он свободен и может соединиться с атомом углерода из соседнего слоя даже при малом или вовсе отсутствующем давлении. А если у вас есть несколько слоёв, то получается эффект домино, когда водород начинает реакцию сверху и она распространяется через систему углеродных связей».

Моделирование не включало всех аспектов процесса формирования диамана: так, не вычислялся нуклеационный барьер, с преодоления которого начинается состояние фазового перехода. Хотя это весьма важно: скажем, термодинамически углерод «предпочитает» быть графитом, а не алмазом, и тем не менее в нормальных условиях алмаз существует практически вечно, потому что нуклеационный барьер для перехода в графит слишком высок.

Переход из «стопок» плоских листов графена (слева) в состоящий из нескольких слоёв атомов углерода диаман (справа) может происходить по-разному, заканчиваясь разным числом таких слоёв.


В любом случае новая работа очень полезна для грядущего получения диамана — исключительно перспективного материала для новой микроэлектроники. Скажем, те же синтетические алмазы получают при весьма высоком давлении, а алмазные плёнки, изготавливаемые сегодня химическим парофазным осаждением, являются поликристаллическими, то есть имеют слишком низкое качество, чтобы их можно было использовать как эффективный полупроводник. Материаловеды в значительной степени завершили теоретическую подготовку к созданию диамана, и сегодня мы ближе, чем когда-либо, к получению этого материала.

Работа финансировалась Минобрнауки России, Российским фондом фундаментальных исследований и отделами научных исследований ВВС и ВМС США.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nano Letters.

Подготовлено по материалам Университета Райса.

Материал подготовлен при поддержке проекта

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/materialovedenie/10011256/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта