Ученые из МФТИ предложили способ создания из графена алмазных пленок — сверхпрочных и в то же время гибких, — которые могут использоваться для защиты поверхностей в наноэлектронике и во многих других сферах. Результаты исследования опубликованы в журнале «Химия и химическая технология».
Группа под руководством Павла Сорокина — сотрудники факультета молекулярной и химической физики МФТИ и Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Троицке (ТИСНУМ) — занимается компьютерным моделированием и предсказанием свойств кристаллических материалов. В частности, они изучают так называемые двумерные материалы — кристаллические пленки толщиной в несколько атомов, свойства которых могут резко отличаться от «трехмерных». Самый известный на данный момент двумерный материал — графен, открытый выпускниками МФТИ Андреем Геймом и Константином Новоселовым, — имеет, как полагают ученые, широкие перспективы для применения в электронных устройствах. Однако графен — проводник, а в электронных устройствах требуются и полупроводники, и диэлектрики.
Сорокин и его коллеги путем расчетов на суперкомпьютере выяснили, что графен, уложенный в два-три слоя, возможно достаточно легко превратить в алмазную пленку, которая может иметь полупроводниковые свойства. На данный момент алмазные пленки на поверхностях создаются путем осаждения из газовой фазы, что требует высоких температур и значительных давлений. Авторы исследования установили, что многослойный графен, на поверхность которого осаждены атомы фтора или гидроксильные группы, можно довольно просто превратить в алмазную пленку, либо даже в пленку из лонсдейлита — материала, который превосходит алмаз по твердости.
«Судя по полученным нами результатам, создать из графена алмазную и даже лонсдейлитовую пленку можно. Такая пленка прежде всего была бы самым тонким алмазом из существующих, что уже само по себе очень интересно. Также она будет демонстрировать свойства алмаза в плоскости — близкие к кристаллу (очень большие) упругие константы, полупроводниковый характер проводимости с малыми величинами эффективных масс, но при этом пленка будет очень гибкой», — говорит Сорокин.
Алмазная пленка из графена может применяться в наноэлектронике — если легировать кристаллическую структуру различными атомами (например, бором, фосфором и пр.), она будет демонстрировать различный тип проводимости. Это может быть очень прочная и в то же время гибкая защита для любых поверхностей. Благодаря высоким значениям пробивного напряжения и теплопроводности, ее можно использовать как изолятор и теплоотвод в сильноточной и высоковольтной электронике. Сорокин отмечает, что зарубежные коллеги-экспериментаторы заинтересовались этими результатами и в ближайшее время могут провести эксперименты по синтезу алмазных пленок из графена.
