Чем графин лучше графена: Перспективнее перспективного
Графен — аллотропная модификация углерода, представляющая собой одноатомный слой, в котором атомы соединены в гексагональную кристаллическую решетку — не зря считается «материалом будущего». Он отличается почти невероятными свойствами механической прочности, высокой электро- и теплопроводности. Сегодня графен стал обычным объектом исследования в лабораториях — в отличие от его собрата, который пока что существует лишь в теории. Однако теория говорит, что эта форма, получившая название «графина» (graphyne), по некоторым свойствам может оказаться еще более перспективной.
Компьютерное моделирование электропроводящих свойств «графина», проведенное немецкими физиками из команды Андреаса Гёрлинга (Andreas Görling), показало, что в этом материале носители заряда должны демонстрировать такую же высокую подвижность, как и в графене — однако лишь в одном направлении. Этот факт привлекает к «графину» особое внимание, ведь он делает его отличным материалом для создания электронных компонентов следующих поколений.
Вернемся ненадолго к графену. Его уникальные характеристики, конечно, связаны с необычной структурой, в которой атомы углерода, организованные в гексагональную (на манер пчелиных сот) кристаллическую решетку, соединены связями, представляющими собой нечто промежуточное между обычными одинарной и двойной связями. Связи эти чрезвычайно прочны, а энергия свободных электронов, путешествующих сквозь такую решетку, пропорциональна не квадрату их скорости, а линейно зависит от нее. В результате их масса с ростом скорости увеличивается намного медленнее, и движение заряженных частиц происходит намного свободнее, чем в обычных материалах.
«Графин» также является двухмерной, плоской аллотропной модификацией углерода. Однако атомы в его структуре соединяются двойными и тройными связями, а решетка лишь образует шестигранники в некоторых своих участках. Теоретически, возможно большое количество различных структур «графина» с разным распределением двойных и тройных связей, и свойства их теоретики исследуют уже не первый десяток лет.
Проведя такое исследование, Гёрлинг и его группа показали, что для одной из форм «графина», 6,6.12-графина (структура его показана на иллюстрации), области, в которых сохраняется необычная зависимость массы электронов от скорости, приобретают искаженную, «смятую» пространственную форму. Этот феномен и создает в материале анизотропию и предпочтительное направление для движения заряженных частиц.
Впрочем, для окончательного подтверждения этого понадобятся практические эксперименты. И первыми из них должны, все-таки, быть эксперименты по получению реальных образцов «графина». Пока что лишь одну из его форму удалось синтезировать в лаборатории, и это, к сожалению, не тот самый 6,6.12-графина. Возможно, нынешняя работа все-таки вдохновит экспериментаторов на новые усилия.
По публикации ScienceNOW