Физики ЧелГУ работают над модификациями материала для современной наноэлектроники

​Физики Челябинского государственного университета уже давно занимаются изучением графена. Аспирант кафедры радиофизики и электроники Максим Беленков несколько лет погружён в эту перспективную тему, а сейчас молодой учёный исследует полиморфные разновидности функционализированного графена, черпая вдохновение в исследованиях своего отца – безвременно ушедшего в прошлом году профессора кафедры физики конденсированного состояния Евгения Беленкова. 

​«Графен привлекает внимание исследователей благодаря качествам, которые делают его модификации перспективными материалами для применения в различных областях, – поясняет Максим Беленков. – Материал обладает замечательной электропроводностью и теплопроводностью, эластичностью, почти полной оптической прозрачностью. Графен прочен, он в 200 раз прочнее стали. И это далеко не все его интересные свойства! В целом, даже свойства самого графена достаточно удивительны, чтобы о них можно было долго говорить, и именно это делает его перспективным материалом для модифицирования, в частности – для функционализации. Например, в 2018 году было обнаружено наличие сверхпроводимости в двухслойном графене с взаимным поворотом слоёв на 1.1 градус».

Полиморфные разновидности функционализированного графена необходимы сегодня для создания самых разнообразных высокопроизводительных электронных устройств. Вместе с тем, области применения материала, изучаемого физиками ЧелГУ, не ограничиваются электроникой.

«Графан, то есть графен, функционализированный водородом, может применяться для хранения водорода, – отмечает Максим Беленков. – А фторографен может применяться для создания биомаркеров, датчиков газа и смазочных материалов. И это далеко не полный перечень возможных областей применения полиморфных разновидностей функционализированного графена, исследования которых ведутся учёными по всему миру, в том числе и в ЧелГУ».

Работа по изучению функционализированного графена уже была отмечена грантом РФФИ в 2020 году. За это время физикам ЧелГУ удалось достичь впечатляющих результатов.

«Были проведены исследования структур и электронных свойств новых полиморфных разновидностей функционализированного графена, – рассказывает Максим Беленков. – Кроме изучения структуры и электронных свойств полиморфных разновидностей этого материала, функционализированных неуглеродными атомами, проводилось моделирование зависимости свойств от концентрации атомов фтора, а также расчёт структуры кристаллов из монослоёв фторографена, для которого был разработан новый метод и написана программа. В соответствии с полученными данными был сделан ряд выводов, в том числе о том, что энергия сублимации изученных соединений зависит от степени деформированности структуры в сравнении с идеальной. Чем больше деформация структуры, тем меньше её энергия сублимации. Чем меньше энергия сублимации, тем менее устойчиво соединение. Результаты исследования были представлены в виде докладов на конференциях, был опубликован ряд статей».

Новый этап научной работы, теперь по гранту ЧелГУ, продолжит начатое направление исследований. Физики продолжат изучение электронных свойств модификаций графена.

«Обладая отличной электропроводностью, обычный слой графена не имеет запрещённой зоны, – разъясняет Максим Беленков. – Но для использования в наноэлектронике необходимо добиться наличия запрещённой зоны. В ходе проведённого моделирования свойств различных разновидностей графена, функционализированного неуглеродными атомами, был не только достигнут успех в создании запрещённой зоны, но и были рассчитаны структура, а также электронные свойства различных разновидностей функционализированного графена. Таким образом, наше исследование – это важный шаг в применении графена при создании различных наноэлектронных устройств».

В настоящее время учёные ЧелГУ работают над проблемой создания запрещённой зоны в графене, что позволит широко использовать исследованные материалы в электронике.

Завершая разговор о графене, Максим Беленков напомнил о законе Мура, который гласит: «Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца»: «Речь идёт о тех самых элементах, которые используются сегодня в цифровой электронике, применяемой нами в повседневной жизни. Это и элементы компьютеров, и смартфоны, и видеокамеры, и многое другое. Согласно закону Мура, размеры элементов будут продолжать уменьшаться, а значит, человечеству необходимы новые материалы, которые будут удовлетворять потребностям электроники».

Подробнее на эту тему – в ближайшем номере газеты «Университетская набережная».