Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Суть нанотехнологических проблем Виктор Яковлевич Принц умеет объяснять «на пальцах». Фото В. Новикова

"Наука в Сибири": Они изменили наше представление о двумерных системах

Ключевые слова:  мнение, Нобелевская премия

Автор(ы): Ю. Александрова

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

28 октября 2010

Материал "Наука в Сибири": Награда нашим соотечественникам, в настоящее время проживающим за рубежом, присуждена за новаторские эксперименты с двумерным материалом графеном, построенным из одного слоя атомов углерода, а также за важный вклад в изучение необычных свойств и характеристик данного материала. Впрочем, хорошо известно, что графеном активно занимаются исследователи многих стран, в том числе и российские. Так в чем же новаторство Гейма и Новосёлова, чем так хорош графен, и каким образом вектор направленности этих работ пересекается с изысканиями россиян?

Лучше чем кто-либо другой ответить на эти вопросы и прокомментировать событие может новосибирский учёный В. Я. ПРИНЦ, профессор, д.ф.-м.н., заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных структур Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН. Он не просто находится «в теме», а добился весомых результатов в области нанотехнологий. Лаборатория имеет пять изобретений, связанных с графеном, на два из которых — графеновый полевой эмиттер и нанодвигатель — уже выданы российские патенты. Выращен графен большой площади (8 см2), разработаны сверхчувствительные газовые сенсоры, начаты работы по формированию на основе графена принципиально нового материала с перестраиваемыми свойствами. Около двух лет назад в интервью с корреспондентом английского канала BBC В. Я. Принц предсказал присуждение К. Новосёлову и А. Гейму Нобелевской премии. Итак, слово Виктору Яковлевичу:

— Эксперименты Гейма и Новосёлова — значительное достижение в области исследования квантовых систем. Я считаю, что они изменили наше представление о двумерных системах, показали, что предельно тонкие углеродные пленки имеют огромный потенциал как для науки, так и для практики — и это самое главное. Беспрецедентным является то, что их работы инициировали огромный интерес к графеновым пленкам и лавину публикаций зарубежных ученых (более 1500 статей в год!). Удивительным является также то, что Нобелевская премия получена всего через пять лет после публикации первой статьи авторов.

Для того, чтобы пояснить значимость этой работы, я вынужден сделать краткое введение в проблему. Двумерные электронные системы, т.е. системы, в которых электроны могут свободно перемещаться в двух направлениях, а третьем — перпендикулярном направлении — движение ограничено потенциальными барьерами и «заквантовано», известны давно. За исследование таких систем в полупроводниках уже были присуждены две Нобелевские премии по физике — за открытие квантового эффекта Холла (К. фон Клитцинг, 1985 г.) и за открытие дробного квантового эффекта Холла (Р. Лафлин, Х. Штермер, Д. Цуи, 1998 г.). Недостаток исследованных полупроводниковых гетеросистем заключается в том, что квантовые явления в них проявляются при низких температурах (температурах жидкого гелия). Это следствие небольшой глубины гетероструктурных квантовых ям, при уменьшении толщины которых дискретные уровни энергии электронов просто выталкиваются из них, и сам эффект размерного квантования пропадает. Практического применения низкотемпературные квантовые свойства не нашли.

Понимая это, ещё пятнадцать лет назад мы начали создавать, исследовать и пропагандировать в своих работах предельно тонкие квантовые системы, которые формируются отсоединением от подложки предельно тонких плёнок (потенциальные барьеры квантовых ям при этом увеличиваются в десятки раз). Нами были впервые отсоединены от подложек монокристаллические плёнки, состоявшие из сотен, а затем и десятков атомных слоев, а в 1999 году мы отсоединили плёнки, содержащие два атомных слоя. Мы разработали не только способы массового отсоединения, но и способы формирования из них различных трехмерных структур. Именно из таких структур у нас и за рубежом уже созданы десятки наноприборов и устройств — от трубчатого нанолазера до элементов нанороботов. Я ставил задачу дойти до предельно тонких проводящих плёнок кремния и углерода толщиной в один атом, но по многим причинам решение этой задачи затягивалось — отсутствовало оборудование контроля толщины таких плёнок, не было технологии изготовления контактов к ним. Нашу настойчивость в достижении результата подтачивало и то, что Нобелевский лауреат Л. Ландау предсказывал неустойчивость плёнок толщиной в один атом.

К. Новосёлову и А. Гейму с соавторами в 2004 году удалось показать, что углеродные пленки толщиной в один атом устойчивы, а также измерить их свойства. Ручным механическим способом от углеродной подложки был отсоединен совсем маленький (шириной около 1 микрона) кусочек графена. Удивительно, но им удалось сделать контакты к одиночному микронному образцу, выполнить электрические измерения и обнаружить необычные свойства. Ещё через год после публикации первой статьи, когда тысячи зарубежных ученых занялись теоретическими и экспериментальными исследованиями графена, стало ясно, что соревноваться в изучении его свойств нам не под силу. Наука сейчас стала международной — это общеизвестно. Однако технология должна быть отечественной — об этом говорил еще Д. И. Менделеев, поэтому мы все силы бросили в развитие технологии формирования графена и создание принципиально новых приборов на его основе.

Отмечу неординарность исследований, удостоенных Нобелевской премии по физике этого года. Любая неординарная работа характеризуется двумя чертами. Во-первых, в ней говорится больше, чем известно в данное время, а во-вторых, она может плодотворно развиваться в направлениях, которые нельзя было предвидеть. А. Геймом и К. Новосёловым с соавторами была выполнена именно такая работа. Им удалось продемонстрировать, что монослойный углерод обладает исключительными квантовыми свойствами, которые проявляются при комнатной температуре, что вызвало огромный практический интерес к графену. В графене квантовый эффект Холла, баллистический и одноэлектронный транспорт наблюдались при комнатной температуре.

Необычным оказалось то, что электроны в графене вели себя как частицы с нулевой массой, скорость их была только в триста раз меньше скорости света, а подвижность электронов при комнатной температуре почти в 1000 раз (!!!) больше, чем в кремнии — современном материале микро- и наноэлектроники. Гигантская подвижность носителей заряда в графене делает его кандидатом на роль материала для сверхбыстродействующей электроники и компьютеров. Графен характеризуется высокой проводимостью и одновременно оптической прозрачностью. Это один из самых прочных материалов, при этом он очень гибкий, его можно упруго растягивать на 20—30 процентов. В этом его огромный потенциал для оптоэлектроники и создания новых композитных материалов. С использованием таких пленок уже изготовлены сенсоры, элементы памяти, графеновые экраны, прозрачные проводящие контакты для светодиодов, на очереди «гибкая электроника», контейнеры для хранения водорода, графеновые секвенаторы ДНК и т.д. Ещё рано говорить о широком применении, но, к примеру, когда М. Фарадея спросили, что можно делать, используя электрический ток, он предположил — возможно, игрушки...

По моему мнению, графеновые «игрушки» ждёт большое будущее. В 2011 году фирма «Самсунг» уже собирается освоить промышленный выпуск графена на кремниевых пластинах диаметром 15 см. А у США имеется военная программа, по которой к 2013 году планируется получить транзистор на графене, работающий на частоте 500 гигагерц. Как только появляется прибор, который функционирует быстрее других, возникает много новых возможностей, и не только в обработке информации.

Думаю, что следующая Нобелевская премия по физике будет присуждена за физику предельных одномерных структур, образованных цепочками атомов с заданными свойствами. Достанется ли эта премия российским учёным? Это в значительной степени зависит от того, появится ли в нашей стране в ближайшие годы оборудование, соответствующее данной теме.


В статье использованы материалы: Наука в Сибире


Средний балл: 10.0 (голосов 3)

 


Комментарии
Просьба не ругаться
А зачем этот поток мысли второй раз сюда вешать?
для сравнения
Владимир Владимирович, 29 октября 2010 02:03 
По тщательному сравнению - прищур значительнее мудро-выразителен!
Жень, извиняй, конечно, но единственная с этой статьей ассоциация - "Остапа несло..."

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

 

Упаковка шариков..
Упаковка шариков..

XVI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов"
С 1 по 4 октября 2019 года в г. Москве в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук состоится ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов".

Студенты кафедры РЛ-2 МГТУ им. Баумана в гостях у НТ-МДТ Спектрум Инструментс
Видеоотчет об экскурсии студентов МГТУ им. Баумана в НТ-МДТ Спектрум Инструментс

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые наноматериалы для восстановления костей. Непростые отношения графена и воды. Борнитридные наноленты с реконструированными краями. Термоэлектричество и азафуллерены. Борщ и блины как материалы в экстремальных условиях.

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.