Открыт фаграфен — «родственник» графена

Группa учeныx из Рoссии, СШA и Китaя пoд рукoвoдствoм Aртeмa Oгaнoвa из МФТИ с пoмoщью кoмпьютeрнoгo мoдeлирoвaния прeдскaзaлa сущeствoвaниe нoвoгo углeрoднoгo двумeрнoгo мaтeриaлa, «лoскутнoгo» aнaлoгa грaфeнa, кoтoрый oни нaзвaли «фaгрaфeн». Рeзультaты исслeдoвaния oпубликoвaны в журнaлe Nano Letters.

«В oтличиe oт грaфeнa, кoтoрый oбрaзoвaн шeстиугoльными “сoтaми” с aтoмaми углeрoдa в узлax, фaгрaфeн сoстoит из пяти-, шeсти- и сeмиугoльныx углeрoдныx кoлeц. Oтсюдa и eгo нaзвaниe, сoкрaщeниe oт Penta-Hexa-heptA-graphene»,   — объяснил Оганов, возглавляющий лабораторию компьютерного дизайна материалов   МФТИ.

Двумерные материалы   — материалы, состоящие из слоя толщиной в один атом,   — в последние десятилетия привлекают большое внимание ученых. Впервые такой материал   — графен   — был получен в 2004   году выпускниками МФТИ Андреем Геймом и Константином Новоселовым. В 2010   году Гейм и Новоселов были удостоены за это достижение Нобелевской премии по физике.

Графен благодаря своей «двумерности» имеет абсолютно уникальные свойства. Обычные материалы способны проводить ток в том случае, если свободные электроны могут иметь энергию, соответствующую «зоне проводимости» данного материала. Если между диапазоном возможных энергий электронов («валентная зона») и диапазоном проводимости есть разрыв (так называемая запрещенная зона), то этот материал   — изолятор. Если «валентная зона» и «зона проводимости» перекрываются, то это проводник, материал, где электроны могут перемещаться под действием электрического   поля.

В графене каждый атом углерода имеет три электрона, которые связаны с электронами атомов-соседей, образуя химические связи. Четвертый электрон каждого атома «делокализован» по всему графеновому листу, что позволяет ему проводить электрический ток. При этом в графене запрещенная зона имеет нулевую ширину. Если представить энергию электронов и их положение в виде графика, получится фигура, похожая на песочные часы, два конуса, соединенных вершинами. Их называют «конусы Дирака».

Благодаря этому электроны в графене ведут себя очень странным образом: они все имеют одну и ту же скорость (которая оказывается сопоставимой со скоростью света) и не обладают инерцией. Это выглядит так, как будто они не имеют массы. Примерно так, согласно теории относительности, должны вести себя частицы, путешествующие со скоростью света. При этом скорость электронов в графене составляет около 10   тысяч километров в секунду (в обычном проводнике скорость электронов   — от сантиметров до сотен метров в секунду).

Фаграфен, открытый Огановым и его коллегами с помощью алгоритма USPEX, как и графен, является материалом, где возникают конусы Дирака, а электроны ведут себя как безмассовые частицы.

«При этом в фаграфене из-за разного числа атомов в кольцах конусы Дирака “наклонены”, поэтому скорость электронов в нем зависит от направления. В графене это не так. Это может быть очень интересно для будущих практических применений, где полезно варьировать скорость движения электронов»,   — рассказал Артем Оганов.

Фаграфен имеет все другие свойства графена, которые позволяют рассматривать его как перспективный материал для гибких электронных устройств, транзисторов, солнечных батарей, дисплеев и много другого.

Наш портал многократно рассказывал о различных прикладных и теоретических исследованиях и разработках, связанных с графеном. Например, о графеновых лампочках, которые планируется вывести на рынок уже в 2015   году   — разработчики уверяют, что они будут потреблять меньше энергии, служить дольше и стоить дешевле светодиодных. Или о гибком дисплее на основе графена, терагерцовых детекторов, искусственной сетчатке и многом другом.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Обсуждение закрыто.