на основе графеновой наноленты. При травлении функцию маски выполняет
нанопровод SiO2.
В работе [1] предложено использовать одно- и двухслойный графен для регистрации молекул ДНК в ионном растворе.
Путем облучения графена пучком высокоэнергетичных электронов авторы [1] “сверлили” в нем отверстия диаметром d = (5 ÷ 23) нм и измеряли ионную проводимость G графеновой мембраны с такими отверстиями. Для графена без “дырки” величина G очень мала (несколько десятков пС), то есть бездефектный графен препятствует транспорту через него ионов. Наличие нанопоры приводит к резкому увеличению G до ~ 100 нС (при этом Gвозрастает линейно по d). Когда через нанопору проходит одна-единственная молекула ДНК, она блокирует движение ионов, и на зависимости силы ионного тока Iот времени появляется ступенька высотой ~ 1 нА и шириной ~ 100 мс. Ожидается, что в перспективе детальный анализ подобного рода экспериментов в сочетании с компьютерным моделированием позволит извлекать информацию о структуре ДНК (а также других сложных молекул) из вида кривой I(t). Не исключено также, что после соответствующей модификации развитая в [1] методика сделает возможным исследование динамики поверхностных химических реакций. (Рис.1)Магнетосопротивление графеновых нанолент
Предполагаемое практическое использование графеновых полосок нанометровой ширины в наноэлектронных устройствах основано на том, что в электронном спектре таких нанолент (в отличие от собственно графена) имеется диэлектрическая щель, которая возникает из-за размерного квантования и краевых эффектов. Теоретически предсказано, что графеновые наноленты (GNR) должны обладать большим магнетосопротивлением (MR). В работе [1], выполненной в Univ. of California, Los Angeles (США), были изучены магнитоэлектронные свойства полевых транзисторов с полупроводниковым каналом из GNR шириной (5÷40) нм (см. рис.).
Показано, что в параллельном магнитном поле проводимость GNR существенно не изменяется, тогда как в перпендикулярном падает: MR – отрицательно и достигает 100% при H = 8 Тл и T = 1.6 К. При комнатной температуре MR меньше, но все равно превышает 50%. Величину MR можно регулировать, изменяя либо управляющее напряжение на затворе, либо напряжение между источником и стоком. Причина большого MR заключается, по-видимому, в уменьшении диэлектрической щели из-за ослабления размерных эффектов вследствие того, что в сильном магнитном поле электроны движутся по орбитам, радиус которых меньше ширины GNR. Высокую чувствительность проводимости GNR к магнитному полю предполагается использовать для создания магнитоэлектронных наноустройств нового поколения. (Рис.2)
Зависимость коэффициента теплопроводности графеновой пленки от числа слоев
Изучение свойств графена, представляющего собой один или несколько двумерных поверхностей, составленных из атомов углерода и имеющих гексагональную структуру, привлекает все возрастающее внимание исследователей многих лабораторий мира. Наряду с фундаментальным интересом, который связан с открывшейся возможностью изучения поведения двумерных структур, имеются перспективы развития прикладных направлений, основанных на уникальных физико-химических свойствах графена. Одним из таких свойств является аномально высокая теплопроводность графена, превышающая, согласно результатам прямых измерений и последовательных расчетов 5000 Вт/м К. Указанная величина является рекордной среди всех известных материалов и обусловлена совершенной структурой графена с минимальным числом дефектов. Механизм теплопроводности графена связан с распространением фононов, так что коэффициент теплопроводности определяется длиной пробега фонона, связанной либо с рассеянием на дефектах, либо с фонон-фононным взаимодействием. Если указанная длина пробега превышает размер образца, то имеет место баллистический перенос тепла, при котором фононы проскакивают сквозь графен, не испытывая рассеяния. Этому баллистическому механизму соответствует приведенный выше рекордный коэффициент теплопроводности. Обращает на себя внимание тот факт, что коэффициент теплопроводности однослойного графена более чем вдвое превышает соответствующую величину для кристаллического графита. Поскольку графит состоит из графеновых слоев, отстоящих друг от друга на расстояние около 0.35 нм, этот факт указывает на влияние соседних слоев на перенос фононов вдоль графенового слоя. Взаимодействие фононов с соседними слоями открывает дополнительный канал рассеяния, наличие которого приводит к снижению коэффициента теплопроводности. Можно ожидать снижения коэффициента теплопроводности графеновой пленки по мере увеличения числа слоев в ней, так что при достаточно большом числе слоев должна достигаться теплопроводность графита. Прямая демонстрация такой зависимости была получена недавно в эксперименте, выполненном в Univ. of California-Riverside (США).
Авторы [1] использовали для измерения коэффициента теплопроводности графена изящный метод, основанный на температурной зависимости положения G пика спектра комбинационного рассеяния графена. Лазерный луч фокусируется на графен, подвешенный над углублением в подложке, в пятно диаметром менее 1 мкм, что вызывает его нагрев до температуры, величина которой определяется по смещению положения G пика. С другой стороны, эта температура определяется из решения уравнения теплопроводности для графена с варьируемым коэффициентом теплопроводности. Величина коэффициента теплопроводности определяется на основании совпадения измеренной и вычисленной температуры.
Измеренная при комнатной температуре зависимость коэффициента теплопроводности графена от числа слоев приведена на рисунке. Прерывистыми линиями показан диапазон изменения теплопроводности кристаллического графита. Ромбами и треугольниками обозначены результаты расчетов теплопроводности для бездефектных графенов, полученные различными методами. Поскольку коэффициент теплопроводности графена зависит от размера образца, результаты эксперимента приведены к единому размеру (5 мкм). Как видно, измеренная зависимость при большом числе графеновых слоев асимптотически приближается к величинам, характерным для кристаллического графита. (Рис. 3)