Графен свойства: Уникальные свойства графена. Электропроводность, теплопроводность, прочность.

Кремний как основа микроэлектроники прочно завоевал позиции в пространстве высоких технологий, и произошло это не случайно. Во-первых, кремнию относительно легко придать нужные свойства. Во-вторых, он известен науке давно, и изучен «вдоль и поперек». Третья причина заключается в том, что в кремниевые технологии вложены поистине гигантские средства, и делать сейчас ставки на новый материал, пожалуй, мало кто решится. Ведь для этого придется перестраивать огромную промышленную отрасль. Вернее, строить ее почти с нуля.

Тем не менее, есть и другие претенденты на лидерство в качестве полупроводникового материала. Например, графен, который после вручения Нобелевской премии за изучение его свойств, стал очень моден. Для перехода на него с кремния действительно есть основания, так как графен обладает рядом существенных преимуществ. Но получим ли мы в итоге «электронику на графене» — еще не ясно, потому что рядом с достоинствами притаились и недостатки.

Чтобы поговорить о перспективах графена в микроэлектронике и о его уникальных свойствах, мы встретились в Новосибирске с главным научным сотрудником Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, доктором химических наук, профессором Владимиром Федоровым.

Алла Аршинова: Владимир Ефимович, каковы современные позиции кремния в микроэлектронике?

Владимир Федоров: Кремний очень давно используется в отрасли в качестве основного полупроводникового материала. Дело в том, что он легко легируется, то есть, в него можно добавлять атомы различных элементов, которые направленным образом изменяют физические и химические свойства. Подобная модификация высокочистого кремния позволяет получать полупроводниковые материалы n- или р-типа. Таким образом, направленным легированием кремния регулируют важные для микроэлектроники функциональные свойства материалов.

Кремний — действительно уникальный материал, и именно это является причиной того, что в него вложено столько сил, средств и интеллектуальных ресурсов. Фундаментальные свойства кремния изучены настолько детально, что есть распространенное мнение о том, что ему просто не может быть замены. Однако недавние исследования графена дали зеленый свет другой точке зрения, которая заключается в том, что новые материалы могут быть доведены до такой степени, что смогут заменить кремний.

Кристаллическая структура кремния

Подобные дискуссии возникают в науке периодически, и разрешаются они, как правило, только после серьезных исследований. Например, недавно была схожая ситуация с высокотемпературными сверхпроводниками. В 1986 году Беднорц и Мюллер открыли сверхпроводимость в барий-лантан-медном оксиде (за это открытие им была присуждена Нобелевская премия уже в 1987 году – через год после открытия!), которая обнаруживалась при температуре, значительно превышающей значения, характерные для известных к тому времени сверхпроводящих материалов. При этом по строению купратные сверхпроводящие соединения значительно отличались от низкотемпературных сверхпроводников. Затем лавинообразные исследования родственных систем привели к получению материалов с температурой сверхпроводящего перехода 90 К и выше. Это означало, что в качестве хладоагента можно использовать не дорогой и капризный жидкий гелий, а жидкий азот — в газообразном виде его в природе очень много, и к тому же он существенно дешевле гелия.

Но, к сожалению, эта эйфория вскоре прошла после тщательных исследований новых высокотемпературных сверхпроводников. Эти поликристаллические материалы, как и другие сложные оксиды, подобны керамике: они хрупкие и непластичные. Оказалось, что внутри каждого кристалла сверхпроводимость имеет хорошие параметры, а вот в компактных образцах критические токи достаточно невысокие, что обусловлено слабыми контактами между зернами материала. Слабые Джозефсоновские переходы (Josephson junction) между сверхпроводящими зернами не позволяют изготовить материал (например, сделать провод) с высокими сверхпроводящими характеристиками.

Солнечная батарея на основе поликристаллического кремния

С графеном может получиться такая же ситуация. В настоящее время у него найдены очень интересные свойства, но еще предстоит провести широкие исследования для окончательного ответа на вопрос о возможности получения этого материала в промышленном масштабе и использования его в наноэлектронике.

Алла Аршинова: Объясните, пожалуйста, что такое графен, и чем он отличается от графита?

Владимир Федоров: Графен – это моноатомный слой, образованный из атомов углерода, который, как и графит, имеет решетку в форме сот. А графит это, соответственно, уложенные друг на друга в стопочку графеновые слои. Слои графена в графите связаны между собой очень слабыми Ван-дер-Ваальсовыми связями, потому и удаётся, в конце концов, оторвать их друг от друга. Когда мы пишем карандашом, это пример того, что мы снимаем слои графита. Правда, след карандаша, остающийся на бумаге, это еще не графен, а графеновая мультислойная структура.

Теперь каждый ребенок может на полном серьезе утверждать, что он не просто переводит бумагу, а создает сложнейшую графеновую мультислойную структуру

А вот если удается расщепить такую структуру до одного слоя, тогда получается истинный графен. Подобные расщепления и провели Нобелевские лауреаты по физике этого года Гейм и Новоселов. Им удалось расщепить графит с помощью скотча, и после исследования свойств этого «графитового слоя» выяснилось, что у него очень хорошие параметры для использования в микроэлектронике. Одним из замечательных свойств графена является высокая подвижность электронов. Говорят, графен станет незаменимым материалом для компьютеров, телефонов и прочей техники. Почему? Потому что в этой области идет тенденция на ускорение процедур обработки информации. Эти процедуры связаны с тактовой частотой. Чем выше рабочая частота, тем больше можно обработать операций в единицу времени. Поэтому скорость носителей заряда очень важна. Оказалось, что у графена носители заряда ведут себя как релятивистские частицы с нулевой эффективной массой. Такие свойства графена действительно позволяют надеяться, что можно будет создать устройства, способные работать на терагерцовых частотах, которые недоступны кремнию. Это одно из наиболее интересных свойств материала.

Нобелевские лауреаты по физике 2010 года Андрей Гейм и Константин Новоселов

Из графена можно получить гибкие и прозрачные пленки, что также очень интересно для целого ряда применений. Еще одним плюсом является то, что это очень простой и очень легкий материал, легче кремния; к тому же в природе углерода предостаточно. Поэтому если действительно найдут способ использовать этот материал в высоких технологиях, то, конечно, он будет иметь хорошие перспективы и, возможно, заменит в коне концов кремний.

Но есть одна фундаментальная проблема, связанная с термодинамической устойчивостью низкоразмерных проводников. Как известно, твердые тела подразделяются на различные пространственные системы; например, к системе 3D (three-dimensional) относят объемные кристаллы. Двумерные (2D) системы представлены слоистыми кристаллами. А цепочечные структуры относятся к одномерной (1D) системе. Так вот низкоразмерные – 1D цепочечные и 2D слоистые структуры с металлическими свойствами с термодинамической точки зрения не устойчивы, при понижении температуры они стремятся превратиться в систему, которая теряет металлические свойства. Это так называемые переходы «металл-диэлектрик». Насколько устойчивы будут графеновые материалы в каких-то устройствах, еще предстоит выяснить. Конечно, графен интересен, как с точки зрения электрофизических свойств, так и механических. Считается, что монолитный слой графена очень прочен.

Алла Аршинова: Прочнее алмаза?

Владимир Федоров: Алмаз обладает трехмерными связями, механически он очень прочный. У графита в плоскости межатомные связи такие же, может, и прочнее. Дело в том, что с термодинамической точки зрения алмаз должен превращаться в графит, потому что графит стабильнее алмаза. Но в химии есть два важных фактора, которые управляют процессом превращения: это термодинамическая стабильность фаз и кинетика процесса, то есть скорость превращения одной фазы в другую. Так вот, алмазы в музеях мира лежат уже столетиями и в графит не хотят превращаться, хотя должны. Может быть, через миллионы лет они все-таки превратятся в графит, хотя было бы очень жалко. Процесс перехода алмаза в графит при комнатной температуре протекает с очень медленной скоростью, но если вы нагреете алмаз до высокой температуры, тогда кинетический барьер преодолеть будет легче, и это точно произойдет.

Графит в первозданном виде

Алла Аршинова: То, что графит можно расщеплять на очень тонкие чешуйки, известно уже давно. В чем же тогда было достижение нобелевских лауреатов по физике 2010 года?

Владимир Федоров: Вы, наверное, знаете такого персонажа, как Петрик. После вручения Нобелевской премии Андрею Гейму и Константину Новоселову он заявил, что у него украли Нобелевскую. В ответ Гейм сказал, что, действительно, подобные материалы были известны очень давно, но им дали премию за изучение свойств графена, а не за открытие способа его получения как такового. На самом деле, их заслуга в том, что они смогли отщепить от высоко ориентированного графита очень хорошие по качеству графеновые слои и детально изучить их свойства. Качество графена очень важно, как и в кремниевой технологии. Когда научились получать кремний очень высокой степени чистоты, только тогда и стала возможна электроника на его основе. Такая же ситуация и с графеном. Гейм и Новоселов взяли очень чистый графит с совершенными слоями, сумели отщепить один слой и изучили его свойства. Они первые доказали, что этот материал обладает набором уникальных свойств.

Алла Аршинова: В связи с вручением Нобелевской премии ученым с русскими корнями, работающим заграницей, наши соотечественники, далекие от науки, задаются вопросом, можно ли было прийти к таким же результатам здесь, в России?

Владимир Федоров: Наверное, можно было. Просто они в свое время уехали. Их первая статья, опубликованная в Nature, написана в соавторстве с несколькими учеными из Черноголовки. По-видимому, наши российские исследователи тоже вели работу в этом направлении. Но завершить ее убедительным образом не получилось. Жалко. Возможно, одной из причин являются более благоприятные условия для работы в зарубежных научных лабораториях. Я недавно приехал из Кореи и могу сравнить условия работы, которые мне были там предоставлены, с работой дома. Так вот там я ничем не был озабочен, а дома – полно рутинных обязанностей, которые отнимают много времени и постоянно отвлекают от главного. Меня обеспечивали всем, что было необходимо, причем исполнялось это с поразительной быстротой. Например, если мне нужен какой-то реактив, я пишу записку — и на следующий день мне его привозят. Подозреваю, что у нобелевских лауреатов тоже очень хорошие условия для работы. Ну и им хватило упорства: они многократно пытались получить хороший материал и, наконец, достигли успеха. Они действительно потратили большое количество времени и сил на это, и премия в этом смысле вручена заслуженно.

Алла Аршинова: А какие именно преимущества дает графен по сравнению с кремнием?

Владимир Федоров: Во-первых, мы уже сказали, что он обладает высокой подвижностью носителей, как говорят физики, носители заряда не обладают массой. Масса всегда тормозит движение. А в графене электроны движутся таким образом, что можно считать их не обладающими массой. Такое свойство уникально: если и есть другие материалы и частицы со схожими свойствами, то встречаются они крайне редко. Этим графен оказался хорош, этим же он выгодно отличается от кремния.

Во-вторых, графен обладает высокой теплопроводностью, и это очень важно для электронных устройств. Он очень легкий, а графеновый лист — прозрачный и гибкий, его можно свернуть. Графен может быть и очень дешевым, если разработают оптимальные методы его получения. Ведь «скотч-метод», который продемонстрировали Гейм и Новоселов, не является промышленным. Этим методом получают образцы действительно высокого качества, но в очень малых количествах, только для исследований.

И сейчас химики разрабатывают другие способы получения графена. Ведь нужно получать большие листы, чтобы поставить производство графена на поток. Этими вопросами занимаемся и мы здесь, в Институте неорганической химии. Если научатся синтезировать графен с помощью таких методов, которые бы позволили получать материал высокого качества в промышленных масштабах, тогда есть надежда, что он произведет революцию в микроэлектронике.

Алла Аршинова: Как, наверное, все уже знают из СМИ, графеновую мультислойную структуру можно получить с помощью карандаша и липкой ленты. А в чем заключается технология получений графена, применяемая в научных лабораториях?

Владимир Федоров: Существует несколько методов. Один из них известен очень давно, он основан на использовании оксида графита. Его принцип довольно прост. Графит помещают в раствор высоко окисляющих веществ (например, серная, азотная кислота и др.), и при нагревании он начинает взаимодействовать с окислителями. При этом графит расщепляется на несколько листочков или даже на одноатомные слои. Но полученные монослои не являются графеном, а представляют собой окисленный графен, в котором есть присоединенный кислород, гидроксильные и карбоксильные группы. Теперь главная задача заключается в том, чтобы эти слои восстановить до графена. Поскольку при окислении получаются частички небольшого размера, то надо их каким-то образом склеить, чтобы получить монолит. Усилия химиков направлены на то, чтобы понять, как можно из оксида графита, технология получения которого известна, сделать графеновый лист.

Есть еще один метод, также достаточно традиционный и известный уже давно — это химическое осаждение из газовой фазы с участием газообразных соединений. Его суть заключается в следующем. Сначала реакционные вещества возгоняют в газовую фазу, потом их пропускают через нагретую до высоких температур подложку, на которой и осаждаются нужные слои. Когда подобран исходный реагент, например, метан, его можно разложить таким способом, чтобы водород отщепился, а углерод остался на подложке. Но эти процессы трудно контролируемы, и идеальный слой получить сложно.

Графен— одна из аллотропных модификаций углерода

Существует и другой метод, который сейчас начинает активно применяться, – метод использования интеркалированных соединений. В графит, как и в другие слоистые соединения, можно помещать между слоями молекулы различных веществ, которые называются «молекулы гостя». Графит – это матрица «хозяина», куда мы поставляем «гостей». Когда происходит интеркаляция гостей в решетку хозяина, естественно, слои разъединяются. Это как раз то, что и требуется: процесс интеркаляции расщепляет графит. Интеркалированные соединения являются очень хорошими предшественниками для получения графена — нужно только вынуть оттуда «гостей» и не дать слоям снова схлопнуться в графит. В этой технологии важным этапом является процесс получения коллоидных дисперсий, которые можно превращать в графеновые материалы. Мы в нашем институте поддерживаем именно такой подход. На наш взгляд, это самое продвинутое направление, от которого ожидаются очень хорошие результаты, потому что из различного рода интеркалированных соединений можно наиболее просто и эффективно получать изолированные слои.

По структуре графен похож на соты. И с недавних пор он стал очень «сладкой» темой

Выделяют и еще один способ, который называют тотальный химический синтез. Он заключается в том, что из простых органических молекул собирают нужные «соты». Органическая химия обладает очень развитым синтетическим аппаратом, который позволяет получать огромное разнообразие молекул. Поэтому методом химического синтеза пытаются получить графеновые структуры. Пока что удалось создать графеновый лист, состоящий примерно из двухсот атомов углерода.

Разрабатываются и другие подходы к синтезу графена. Несмотря на многочисленные проблемы, наука в этом направлении успешно продвигается вперед. Есть большая доля уверенности в том, что существующие препятствия будут преодолены, и графен приблизит новую веху в развитии высоких технологий.

Что такое графен? Характеристики графена и применение

Contenido:

Что такое графен и в каких областях его можно использовать. Особенности и применение графена в повседневной жизни

Мы все много раз слышали о графене по радио, по телевидению, в прессе… но вы действительно знаете, что такое графен? Знаете ли вы, где он применяется в настоящее время? Сегодня мы расскажем вам немного больше о графене и его применении. Вы будете удивлены всеми свойствами, которыми обладает этот материал, продолжайте читать!

Что такое графен?

Графен представляет собой материал, состоящий из групп атомов углерода, расположенных в шестиугольной форме. Такое расположение приводит к монослоям толщиной в атом.

Этот материал является частью одного из самых распространенных веществ в природе, графита (графит можно найти, например, в шахтах наших карандашей). Один миллиметр графита содержит три миллиона слоев графена.

Свойства графена

Графен — вещество с очень интересными свойствами. Эти свойства вместе с обилием углерода в природе сделали графен очень изученным материалом с большими возможностями.
Наиболее выдающимися свойствами графена являются:

• Высокая теплопроводность
• Высокая электропроводность
• Высокая эластичность и гибкость
• Высокая твердость
• Высокое сопротивление. Графен примерно в 200 раз прочнее стали, по стойкости аналогичен алмазу, но намного легче.
• Не влияет на ионизирующее излучение
• Способен генерировать электричество под воздействием солнечного света
• Прозрачный материал
• Высокая плотность, которая не пропускает атомы гелия, но пропускает воду, которая испаряется с такой же скоростью, как если бы она находилась в открытом контейнере.
• Антибактериальный эффект. Бактерии в нем не размножаются.
• Низкий эффект Джоуля, нагрев при проведении электронов.
• Низкое потребление электроэнергии по сравнению с другими соединениями

Применение графена

Благодаря упомянутым выше замечательным свойствам графен находит применение во многих областях, наиболее известные из которых показаны на следующем рисунке.

В области электроники графен используется, например, при производстве микросхем, транзисторов, разработке токопроводящих чернил, позволяющих печатать схемы.

Графен может улучшить использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия. Внедрив этот материал в солнечные батареи, можно будет повысить их эффективность и производить больше энергии.
В автомобильном секторе использование графена в батареях повысит их автономность и сократит время зарядки, тем самым улучшив производительность электромобилей.

Реальные применения графена

В этом разделе мы покажем вам несколько примеров продуктов или материалов, в которых графен использовался в различных продуктах.

Защитные этикетки

Первое и, возможно, первое практическое и реальное применение графена было в защитных этикетках. Знаете ли вы те переливающиеся цветные этикетки, которые были прикреплены, например, ко многим предметам одежды? Наверняка вы видели их много раз и не знали, что у них есть графен! Благодаря графену эти этикетки имеют печатную схему, которая выполняет функцию сигнала тревоги и издает звуковой сигнал, если с ним берутся в руки или если этикетка покидает магазин без безопасного отключения. Эти этикетки можно мять или сгибать, не повреждая их, а стоимость очень низкая (центов за этикетку).

Эти чернила имеют множество применений в промышленности, ультраплоские электронные схемы открывают безграничные возможности!

Проводящие чернила

Лопасти для весла

В настоящее время в спортивном секторе уже есть продукты, в состав которых входит графен. Примером этого являются лопасти весла, в которых графен можно использовать как на лицевой стороне лопасти, так и на ударной поверхности или на раме, чтобы сделать их более устойчивыми и увеличить срок их службы. Кроме того, существует возможность включения графена в пеноматериал, из которого состоит корпус лопастей. Если вы посмотрите на свой клинок, то увидите, что многие рекламируют его прямо как претензию.

Медицинские датчики

Еще одним свойством графена является способность обнаруживать минимальное количество веществ. Графен способен обнаружить одну молекулу в большом объеме. Эти свойства были получены с помощью оксида графена, и некоторые медицинские компании уже продают свои датчики с графеном.

Помимо медицинских применений, эти датчики также могут использоваться в исследованиях окружающей среды и безопасности.

Учесть с графеном

В настоящее время графен имеет ряд недостатков, о которых следует помнить, что затрудняет его использование в других продуктах. Первым из них является техническая сложность производства на промышленном уровне, что оказывает большое влияние на его конечную цену. Вторая проблема, вытекающая из предыдущей, — удорожание продуктов, в которые добавляется графен.

Использование графена должно быть оправдано и не использоваться из-за «модности». Это материал с отличными свойствами, но его цена, в зависимости от класса, в настоящее время высока.

Несмотря на это, мы считаем, что графен имеет большой потенциал для использования, как мы видели, во многих секторах и, в свою очередь, в самых разных приложениях.

Компания ATRIA имеет опыт добавления графена к различным полимерам. Например, мы добавили в полимер небольшое количество графена и с их помощью нам удалось увеличить прочность изделия на 20%. Вы хотите знать, может ли графен улучшить некоторые свойства вашего материала? Не знаете, как поднять начальную фазу вашего проекта? Мы можем вам помочь!

свойств графена
– Graphenea

Структура графена

Графен, по сути, представляет собой один атомный слой графита; распространенный минерал, представляющий собой аллотроп углерода, состоящий из очень прочно связанных атомов углерода, организованных в гексагональную решетку. Что делает графен таким особенным, так это его sp2-гибридизация и очень малая атомная толщина (0,345 нм). Именно эти свойства позволяют графену побить множество рекордов по прочности, электро- и теплопроводности (а также многим другим). Теперь давайте рассмотрим, что делает графен таким особенным, каковы его внутренние свойства, которые отличают его от других форм углерода и других двумерных кристаллических соединений?

Основные характеристики

До того, как в 2004 году был выделен однослойный графен, теоретически считалось, что двумерные соединения не могут существовать из-за термической нестабильности при разделении. Однако как только графен был выделен, стало ясно, что это действительно возможно, и ученым потребовалось некоторое время, чтобы выяснить, как именно. После того, как подвешенные графеновые листы были изучены с помощью просвечивающей электронной микроскопии, ученые пришли к выводу, что они нашли причину в небольшой волнистости графена, изменяющей структуру материала. Однако более поздние исследования показывают, что на самом деле это связано с тем, что углерод-углеродные связи в графене настолько малы и прочны, что они предотвращают его дестабилизацию при тепловых флуктуациях.

Электронные свойства

Одним из наиболее полезных свойств графена является то, что это полуметалл с нулевым перекрытием (с дырками и электронами в качестве носителей заряда) с очень высокой электропроводностью. Атомы углерода имеют всего 6 электронов; 2 во внутренней оболочке и 4 во внешней оболочке. 4 электрона внешней оболочки в отдельном атоме углерода доступны для химической связи, но в графене каждый атом соединен с 3 другими атомами углерода в двумерной плоскости, оставляя 1 электрон свободно доступным в третьем измерении для электронной проводимости. Эти высокоподвижные электроны называются пи (π) электронами и расположены над и под листом графена. Эти пи-орбитали перекрываются и помогают усилить углерод-углеродные связи в графене. По сути, электронные свойства графена определяются связывающими и разрыхляющими связями (валентная зона и зона проводимости) этих пи-орбиталей.

Совместные исследования за последние 50 лет доказали, что в точке Дирака в графене электроны и дырки имеют нулевую эффективную массу. Это происходит потому, что соотношение энергии и движения (спектр возбуждений) является линейным для низких энергий вблизи 6 отдельных углов зоны Бриллюэна. Эти электроны и дырки известны как фермионы Дирака или графино, а 6 углов зоны Бриллюэна известны как точки Дирака. Из-за нулевой плотности состояний в точках Дирака электронная проводимость на самом деле довольно низкая. Однако уровень Ферми можно изменить путем легирования (электронами или дырками), чтобы создать материал, который потенциально лучше проводит электричество, чем, например, медь при комнатной температуре.

Испытания показали, что электронная подвижность графена очень высока, с ранее опубликованными результатами выше 15 000 см2·В-1·с-1 и теоретически потенциальными пределами 200 000 см2·В-1·с-1 (ограничено рассеянием акустических фотонов графена). Говорят, что графеновые электроны очень похожи на фотоны по своей подвижности из-за отсутствия массы. Эти носители заряда способны преодолевать субмикрометровые расстояния без рассеяния; явление, известное как баллистический транспорт. Однако ограничивающими факторами будут качество графена и используемой подложки. Например, с диоксидом кремния в качестве подложки подвижность потенциально ограничена до 40 000 см2·В-1·с-1.

«С точки зрения того, как далеко мы продвинулись в понимании истинных свойств графена, это только вершина айсберга. Прежде чем графен будет широко интегрирован в области, в которых, как мы полагаем, он преуспеет, нам нужно потратить много больше времени на понимание того, что делает его таким удивительным материалом»

Механическая прочность

Еще одним выдающимся свойством графена является присущая ему прочность. Из-за прочности углеродных связей длиной 0,142 Нм графен является самым прочным из когда-либо обнаруженных материалов с пределом прочности на растяжение 130 000 000 000 Па (или 130 гигапаскалей) по сравнению с 400 000 000 для конструкционной стали A36 или 375 700 000 для арамида (кевлар). . Графен не только необычайно прочен, но и очень легок — 0,77 миллиграмма на квадратный метр (для сравнения: 1 квадратный метр бумаги примерно в 1000 раз тяжелее). Часто говорят, что один лист графена (толщиной всего в 1 атом), достаточного размера, чтобы покрыть целое футбольное поле, будет весить менее 1 грамма.

Что делает его особенно особенным, так это то, что графен также обладает эластичными свойствами, способными сохранять свой первоначальный размер после деформации. В 2007 году были проведены испытания атомно-силовой микроскопии (АСМ) на листах графена, которые были подвешены над полостями из диоксида кремния. Эти испытания показали, что графеновые листы (толщиной от 2 до 8 Нм) имеют жесткость пружины в районе 1-5 Н/м и модуль Юнга (отличный от модуля трехмерного графита) 0,5 ТПа. Опять же, эти превосходные цифры основаны на теоретических перспективах использования графена, который безупречен, не содержит каких-либо дефектов и в настоящее время очень дорог и сложен для искусственного воспроизведения, хотя технологии производства постоянно совершенствуются, что в конечном итоге снижает затраты и сложность.

Оптические свойства

Способность графена поглощать довольно большие 2,3% белого света также является уникальным и интересным свойством, особенно если учесть, что его толщина составляет всего 1 атом. Это связано с его вышеупомянутыми электронными свойствами; электроны действуют как безмассовые носители заряда с очень высокой подвижностью. Несколько лет назад было доказано, что количество поглощаемого белого света зависит от постоянной тонкой структуры, а не от особенностей материала. Добавление еще одного слоя графена увеличивает количество поглощаемого белого света примерно на такое же значение (2,3%). Непрозрачность графена πα ≈ 2,3% соответствует универсальному значению динамической проводимости G=e2/4ℏ (±2-3%) в видимом диапазоне частот.

Узнайте больше о новой линейке графеновых полевых транзисторов Graphenea для биосенсоров здесь.

Благодаря этим впечатляющим характеристикам было замечено, что как только оптическая интенсивность достигает определенного порога (известного как флюенс насыщения), происходит насыщающееся поглощение (свет очень высокой интенсивности вызывает уменьшение поглощения). Это важная характеристика в отношении синхронизации мод волоконных лазеров. Из-за свойств графена нечувствительного к длине волны сверхбыстрого насыщающегося поглощения, полнодиапазонная синхронизация мод была достигнута с использованием диссипативного солитонного волоконного лазера, легированного эрбием, способного настраивать длину волны до 30 нм.

С точки зрения того, насколько далеко мы продвинулись в понимании истинных свойств графена, это лишь верхушка айсберга. Прежде чем графен будет широко интегрирован в области, в которых, как мы полагаем, он преуспеет, нам нужно потратить гораздо больше времени на понимание того, что делает его таким удивительным материалом.