Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Распределение примесей P в нанопроводе Ge.
Токовый отжиг графеновых нанолент в аммиаке.
Химически открытый фуллерен с двадцатичленным кольцом (1).
Структуры переходного состояния при инкапсуляции метана в 1 (а) и конечного продукта – изомера CH4@1 (б). Зеленым обозначены атомы углерода, образующие входное отверстие в 1, серым – атомы углерода, белым – атомы водорода, синим – атомы азота и красным – атомы кислорода.

ПерсТ-дайджест

Ключевые слова:  ПерсТ

Опубликовал(а):  Чеканова Анастасия Евгеньевна

20 июня 2009

Особенности легированных нанопроводов

Электрические, магнитные и оптические характеристики полупроводников можно регулировать, добавляя в них соответствующие примеси. Сложность контролируемого легирования полупроводниковых наноструктур (в отличие от объемных образцов) заключается в том, что для их изготовления обычно требуются неравновесные условия. В работе [1] сотрудников Northwestern University (США) экспериментально изучено распределение примесей фосфора в германиевых нанопроводах, полученных химическим осаждением из паровой фазы. Воздействуя на нанопровод лазерными импульсами и определяя тип и исходное расположение испаренных атомов по промежутку времени, требующемуся для достижения этими атомами детектора, авторы [1] построили трехмерную “карту” химического состава нанопровода с разрешением, близким к атомному. Выяснилось, что концентрация примесей вблизи поверхности нанопровода гораздо больше, чем в его сердцевине (см. рис.1.).
Связано это с особенностями сложных процессов, протекающих на границах пар/твердое тело и пар/жидкость/твердое тело с участием или без участия катализатора. В дальнейшем интересно было бы посмотреть, как такое неоднородное легирование сказывается на физических свойствах нанопроводов и можно ли извлечь из него какую-то пользу или же нужно всячески избегать.

1. D.E.Perea et al., Nature Nanotechn. 4, 315 (2009).

Графен + азот = n-тип проводимости

Разработка способов дырочного допирования графена привела к созданию полевых транзисторов из графеновых нанолент (graphene nanoribbons, GNRs) [1]. Для того чтобы по максимуму использовать весь потенциал графена в наноэлектронике, было бы весьма желательно научиться допировать его еще и электронами. В работе [2] американского коллектива из Stanford University, University of Florida и Lawrence Livermore National Laboratory разработана технология изготовления GNRs с n-типом проводимости путем их токового отжига в аммиаке (см. рис.2.).
Поскольку на периферии GNRs четырехвалентные атомы углерода имеют ненасыщенные валентные связи (sp2-гибридизация), они химически активны и присоединяют к себе атомы азота. Валентность последних на единицу больше, вследствие чего в GNR появляются избыточные электроны. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и масс-спектроскопия вторичных ионов подтвердили наличие в GNRs связей C-N. Из этих GNRs авторы [2] изготовили полевые транзисторы n-типа с комнатной рабочей температурой. Возможность полного контроля проводимости GNRs (наряду с контролем расположения атомов углерода по периметру GNRs) – еще один шаг на пути к графеновой наноэлектронике.

1. X.Li et al., Science 319, 1229 (2008).
2. X.Wang et al., Science 324, 768 (2009).

Снова в гости к фуллерену

Эндоэдральные соединения на основе фуллеренов в последнее время притягивают к себе все больше внимания. Совсем недавно, в апрельском выпуске ПерсТа [1], мы уже сообщали об успешном внедрении атомов благородных газов в химически открытые молекулы C60. На этот раз коллективу американских и японских исследователей удалось поместить внутрь фуллереновой клетки молекулу метана [2]. С учетом электронов атомов углерода диаметр эффективного свободного пространства внутри C60 оценивается в ~0.35 нм, а кинетический диаметр метана равен 0.38 нм. Таким образом, получается, что метан – самый “крупный” гость для фуллерена C60! И хотя некоторые теоретические расчеты для CH4@C60 имели место, авторам работы [2] впервые удалось провести реакцию инкапсуляции и экспериментально подтвердить возможность существования данного соединения.
В качестве исходного материала использовались химически открытые фуллерены с двадцатичленными кольцами (1), (рис. 3). Предварительные численные расчеты показали, что энергия, необходимая для инкапсуляции метана через открытое отверстие фуллерена равна 37.3 ккал/мол, и реакция возможна в принципе, несмотря на то, что ее необходимо проводить в условиях высоких температуры и давления (рис. 4). Но вот расчеты, выполненные непосредственно для продукта CH4@1, демонстрируют противоречивые результаты: предсказывают дестабилизацию в рамках одного метода (B3LYP) и стабилизацию в рамках другого (MPWB1K). Авторы отмечают, что полученные данные согласуются с результатами более ранних теоретических исследований для CH4@C60.
Эксперимент по инкапсуляции проводили при 200ºC под давлением метана в 19.2 МПа. В качестве растворителя использовали 1-метилнафталин. Под воздействием высокой температуры значительная часть 1 подверглась распаду. Однако после очистки с помощью силикагель-хроматографии 20% химически открытых фуллеренов было восстановлено, а фракция CH4@1 составила около 39%. Авторы смогли повысить содержание CH4@1 до 66% путем проведения нескольких циклов дальнейшей HPLC очистки (жидкостная хроматография высокого разрешения), но полностью выделить изолированное соединение CH4@1 так и не удалось. Тем не менее, присутствие в полученном материале эндоэдрального комплекса подтвердилось различными экспериментальными методами, в том числе ЯМР-спектроскопией и электрораспылительной масс-спектрометрией. Кроме того, было обнаружено, что молекула метана может свободно вращаться внутри фуллереновой полости, и в дальнейшем авторы ставят перед собой цель выделить изолированный продукт CH4@1, что позволит более детально изучить данный вопрос.
Несмотря на фундаментальную направленность работы [2], ее результаты могут оказаться полезными для медицины и фармацевтики, например, для проектирования систем доставки лекарственных средств (СДЛС). Как было показано, внутри фуллерена может комфортно разместиться даже такой “крупный” гость как молекула метана, следовательно, при создании СДЛС на основе C60 становится возможным увеличить дозу транспортируемого лекарственного препарата или же использовать более сильные терапевтические средства, соизмеримые по размерам с фуллереновой полостью.

М.Маслов

1. ПерсТ 16, вып. 8, с. 6 (2009).
2. K.E.Whitener Jr., et al., J. Am. Chem. Soc. 131, 6338 (2009).

Получение графенов в дуговом разряде

В настоящее время усилия многих исследователей направлены на разработку относительно недорогих и эффективных методов синтеза графенов в макроскопических количествах. Решение этой задачи позволило бы реализовать многообещающие перспективы использования графенов в качестве нового элемента наноэлектронных устройств и основы композиционных материалов, обладающих высокой электро- и теплопроводностью. Исходным материалом для получения графенов является графит, кристаллическая структура которого содержит графитовые гексагональные плоскости, по существу представляющие собой листы графена. Для получения графенов необходимо отделить эти плоскости друг от друга. Наиболее распространенный способ получения графенов основан на использовании жидких поверхностно-активных соединений, проникающих в межплоскостное пространство графита, что способствует отделению графеновых листов. Недавно группой исследователей из Центра им. Джавахарлала Неру в Бангалоре (Индия) [1] был предложен альтернативный способ получения графенов, основанный на термическом разложении графита в дуговом разряде. Этот подход, широко используемый для получения фуллеренов и углеродных нанотрубок в макроскопических количествах, достаточно хорошо изучен и легко масштабируется. Использование подобного подхода к синтезу графенов открывает возможность получения не только чистых графенов, но также и графенов, допированных различными атомами, что позволяет проводить направленные изменения электронной структуры графенов.
В качестве электродов использовали цилиндрические стержни из чистого графита диаметром 6 мм и длиной 50 мм (анод) и диаметром 13 мм и длиной 60 мм (катод). Газоразрядную камеру заполняли смесью гелия и водорода различного состава при полном давлении 600-700 Торр. Ток разряда варьировали в диапазоне 100-150 А, а приложенное напряжение достигало 60 В. Межэлектродное расстояние поддерживали на уровне 2 мм.
Фрагменты, содержащие от двух до четырех графеновых слоев, были обнаружены на внутренних стенках разрядной камеры, в то время как на поверхности катода располагались многослойные нанотрубки, “луковичные” структуры и многослойные графеновые фрагменты. Осажденный материал, содержащий графены, исследовали методами рентгеновской дифракции, просвечивающей микроскопии, атомной силовой микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Исследования показали, что наиболее благоприятные для получения графенов условия соответствуют току дуги свыше 100 А, напряжению свыше 50 В и парциальному давлению водорода свыше 200 Торр. В этом случае выход графенов составлял 10-20 % от массы потребленного материала анода. При более низких токах напряжения дуговой разряд в присутствии водорода не зажигался. Наблюдения, выполненные с помощью атомного силового и просвечивающего электронного микроскопов, показали, что толщина образцов графенов находится в диапазоне от 0.7 до 1 нм, а их площадь варьируется между величинами 104 и 4х104 нм2. Удельная поверхность графенов, измеренная стандартным методом, находиться в диапазоне 270-680 м2/г. Образец графена с наиболее высокой удельной поверхностью способен сорбировать 1 масс.% водорода (по массе) при атмосферном давлении и температуре 77 К. Сорбционная способность подобного образца по отношению к СО2 составляет около 17%.
Использование электродугового метода позволило получить графены, допированные бором и водородом. Интерес к этим объектам связан с возможностью направленного воздействия на электронные характеристики графенов в результате n- и p-легирования. Для получения графенов, допированных бором, электрическую дугу зажигали в смеси водорода и диборана (B2H6). Для получения графенов, допированных азотом, использовали смесь водорода и пиридина. Исследования показали, что образцы графенов, допированных бором и азотом, содержат по 2–3 графеновых слоя.

А.Елецкий

1. K.S.Subrahmanyam et al., J.Phys. Chem. C 113, 4257 (2009).

Связь между краевой структурой и электронными характеристиками графенов

Графены, представляющие собой микроскопические участки графитовой плоскости с гексагональным расположением атомов углерода, являются новым наноуглеродным объектом, привлекающим внимание многих исследовательских лабораторий. Наибольший интерес представляют электронные характеристики графенов, поскольку результаты их исследования открывают возможность создания элементов электроники нанометровых размеров. Подобно углеродным нанотрубкам (УНТ), электронные характеристики которых, в зависимости от геометрических особенностей (диаметра и хиральности) могут соответствовать либо металлам, либо полупроводникам с различной шириной запрещенной зоны, графены также проявляют разнообразие электронных свойств, в зависимости от структуры. Детальные теоретические и экспериментальные исследования, выполненные, в частности, в лабораториях Массачусетского технологического института и Калифорнийского Университета в Беркли (США) [1,2], указывают на определяющую роль краевой структуры графенов в их электронных свойствах см. [3]. Авторам этих исследований удалось не только установить связь между краевой структурой графенов и их электронными характеристиками, но и разработать метод направленного изменения этих характеристик путем воздействия на краевую структуру графенов. В качестве объекта исследования авторы использовали индивидуальную графеновую полоску длиной 315 нм и шириной 66 нм, закрепленную между держателем и наконечником сканирующего туннельного микроскопа. Измеренная таким образом вольтамперная характеристика полоски имеет линейный вид в диапазоне приложенных напряжений между 1 и 1.6 В, что соответствует сопротивлению полоски 4.7 кОм. Дальнейшее увеличение приложенного напряжения сопровождается резким снижением сопротивления и термическим разрушением полоски. В результате протекания тока через полоску в условиях линейной вольтамперной характеристики происходит заметное упорядочение краевой структуры полоски, которая характеризуется либо “кресельной” (armchair), либо “зигзаговой” (zigzag) конфигурацией. Это обусловлено явлением отжига графена в результате джоулева нагрева, который вызывает термическое испарение атомов, нарушающих правильную (armchair либо zigzag) краевую структуру графена. Детальные экспериментальные исследования явления трансформации краевой структуры графена в результате джоулева нагрева показывают, что при высоких температурах (порядка 1000 К) происходит преимущественное образование конфигурации zigzag. В то же время полоски, характеризуемые краевой структурой armchair, хотя и реже встречаются, но оказываются длиннее. При этом наблюдается более интенсивное испарение armchair краев по сравнению с краями zigzag. Это наблюдение находится в соответствии с расчетами, выполненными методом молекулярной динамики и показывающими, что энергия, необходимая для испарения С-С пары, составляющей armchair край (6.7 эВ) существенно ниже соответствующей величины для zigzag края (11 эВ). Тем самым, выполненные эксперименты демонстрируют возможность направленного изменения электронных характеристик графенов в результате джоулева нагрева и термического испарения атомов углерода, которые являются “лишними” по отношению к правильной armchair либо zigzag краевой структуре образца.

А.Елецкий

1. X.Jia et al., Science 323, 1701 (2009).
2. C.O.Girit et al., Science 323, 1705 (2009).
3. ПерсТ 16, вып. 5, с. 5 (2009).

Ответственный редактор И.Чугуева irina@issp.ras.ru тел: (495) 930 33 89, научные редакторы: К.Кугель kugel@orc.ru, Ю.Метлин, В подготовке выпуска принимали участие: А.Елецкий, М.Маслов, Л.Опенов, А.Пятаков. Компьютерный ввод, макет: И.Фурлетова


Источник: Перст




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Собственная флуоресценция полимерной тонкой пленки на  металле
Собственная флуоресценция полимерной тонкой пленки на металле

III Международная гибридная школа-конференция "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем - 2021"
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает вас принять участие в III Международной гибридной школе-конференции "Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем -2021", BioSPM-2021

SCAMT Workshop Week - практикум по нанотехнологиям в области хим/био/IT. Санкт-Петебург, 30 января - 6 февраля
SCAMT открывает подачу заявок на 8-ую научную школу SCAMT Workshop Week, которая пройдет с 30 января по 6 февраля 2022 года. Для студентов, прошедших отбор, участие в SWW бесплатное, иногородним предоставляется проживание.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Ленточки в косую полосочку: где кончается текстурный дизайн и начинается деформационная инженерия. Борофен: От слоя к слою. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать: скачки Баркгаузена в сегнетоэлектрике. Украшение из скандия для притяжения водорода. Нобелевская премия 2021.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2021
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 8, 9, 10 и 11 июня 2021 г. Начало защит в 11.00. Защиты пройдут с использованием дистанционных образовательных технологий.

Академик Е.Н. Каблов: «Для освоения космоса нужны новые материалы»
Янина Хужина
В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2021 году
коллектив авторов
25 - 28 мая пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.