Обнаружен новый материал фаграфен, ближайший "родственник" графена
Двумерные материалы, состоящие из слоев, толщиной в один атом, являются объектами повышенного внимания со стороны ученых уже в течение нескольких последних десятилетий. Первый из таких материалов, графен, был обнаружен в 2004 году двумя бывшими российскими учеными, выпускниками МФТИ, Андреем Геймом и Константином Новоселовым, которые сейчас работают в Манчестерском университете. Из-за уникальной двумерной структуры у графена имеется целый ряд уникальных электрических, оптических и физических свойств.
Большинство полупроводниковых материалов способны пропускать электрический ток тогда, когда энергия электронов превышает ширину запрещенной зоны этих материалов. У таких материалов существует определенные диапазоны энергии электронов, валентной зоны и области проводимости, в которых они являются электрическими диэлектриками.
В графене у каждого атома углерода имеется три электрона, которые связаны с электронами соседних атомов. Четвертый электрон внешнего слоя остается несвязанным, что позволяет материалу проводить электрический ток и это определяет нулевую ширину запрещенной зона графена. Из-за этого электроны в графене ведут себя более чем странно, они все движутся с одной скоростью, сопоставимой со скоростью света и, при этом, не обладают моментом инерции. Создается такой эффект, будто бы электроны в графене обладают нулевой массой. Скорость движения электронов в графене составляет порядка 10 тысяч километров в секунду, в то время как в типовых полупроводниках электроны движутся со скоростью от сантиметров и сотен метров в секунду.
Новый материал, получивший название фаграфен (phagraphene), является самым ближайшим "родственником" графена, разнящимся от последнего структурой кристаллической решетки и некоторыми основными свойствами. Фаграфен точки зрения поведения электронов почти подобен графену. В новом материале электроны также ведут себя как частицы, не имеющие массы.
"В отличие от графена, имеющего однородную кристаллическую структуру, состоящую из шестигранных ячеек с атомами углерода в их вершинах, кристаллическая структура фаграфена состоит из упорядоченных особым образом пяти-, шести- и семиугольных углеродных колец. В фаграфене из-за разного количества атомов углерода в его кольцах, параметр, известный как "конус Дирака" имеет немного наклонную форму. Именно поэтому скорость движения электронов в этом материале зависит от направления движения, что делает этот материал отличным от графена. Это необычное свойство весьма интересно с точки зрения практического применения в таких устройствах, где необходимо держать под контролем скорость движения электронов" - рассказывает Оганов.
В остальном фаграфен обладает всеми другими уникальными свойствами графена, которые позволяют рассматривать этот материал в качестве перспективного материала для изготовления транзисторов, солнечных батарей, дисплеев и многих других электронных устройств.
Источник: