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

 

Золотая ветвь
Золотая ветвь

Фитнес для солнечных элементов нового поколения
ученые из МГУ разработали новый подход, позволяющий создать рельеф на светопоглощающем слое перовскитных солнечных элементов. Это повысит эффективность поглощения солнечного излучения.

Приглашение на международную конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс совместно с НИТУ «МИСиС» и компанией ICAPPIC рады пригласить Вас на международную школу-конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем» 27-28 ноября 2019 года

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

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.

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!



 
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.