В мире бесконечно малых вещей на стыке двух искусственно соединенных материалов могут произойти весьма неожиданные явления. И порой такие явления можно заставить работать на свою пользу. Это наглядно продемонстрировали ученые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), которым удалось создать в зоне контакта двух разных изоляционных материалов токопроводящую область, шириной всего в несколько атомов. Эти каналы, которые можно считать самыми тонкими электрическими проводниками в мире на сегодняшний день, могут быть использованы в создании нового поколения микро- и наноэлектронных устройств, элементов солнечных батарей и материалов со сложной структурой, так называемых метаматериалов.
Получению столь необычного эффекта предшествовала длительная работа швейцарских ученых, в которой они производили изучение свойств различных двумерных материалов, материалов, толщина которых составляет от одного до нескольких атомов. Как и самый известный двумерный материал, графен, другие подобные материалы имеют шестигранную кристаллическую решетку. Но в отличие от графена, который состоит исключительно из атомов углерода и является превосходных электрическим проводником, другие двумерные материалы, упоминаемые в результатах исследований, являются электрическими изоляторами и состоят из нескольких типов атомов.
Палочкой-выручалочкой, позволившей ученым реализовать свои задумки, стал нитрид бора (BN), двумерный материал, состоящий из атомов двух видов. В его естественном виде “лист” нитрида бора действует как изолятор и не может проводить электрический ток. Однако, небольшая химическая модификация, приложенная к краю листа материала, позволила ученым “организовать” путь для движения электронов.
Изготовление токопроводящего канала является двухступенчатой операцией. На первом этапе на лист нитрида бора, выше каждого атома бора, “устанавливается” атом водорода. С обратной стороны атом водорода “устанавливается” напротив каждого атома азота. Слой нитрида бора, “зажатый” с обеих сторон атомами водорода и располагающийся на стыке двух “обработанных” листов, становится проводником электрического тока, формируя канал, шириной в несколько атомов.
Следует отметить, что у данной технологии может образоваться широкий ряд возможных областей применения. “Новые проводники тока могут сыграть большую роль в разработке компактных и мощных микро- и наноэлектронных устройств. Проводники, изготавливаемые методом традиционной литографии, могут иметь ширину не менее 20 нанометров, что приблизительно равно сотне атомов” – рассказывает Джованни Пицци (Giovanni Pizzi), один из ученых, участвовавших в данных исследованиях, – “Наши же проводники, шириной в несколько атомов, могут с таким же успехом соединять различные части процессоров и других чипов, позволяя делать их компоновку настолько плотной, насколько это вообще возможно”.
И в заключение заметим, что большинство работ, выполненных швейцарскими учеными в рамках данных исследований, являются теоретическими, проверенными при помощи математических моделей. А в скором времени ученые собираются привлечь к своим исследованиям ученых-практиков, при участии которых могут быть получены реальные образцы новых проводников и проведены измерения их электрических характеристик.
