Когда речь заходит о материале, имеющем толщину всего в один атом и имеющем огромные перспективы для применения в полупроводниках и электронике, первым, что приходит на ум, является графен. Но речь сейчас пойдет не о графене, а о новом материале, известном как германан, который был создан учеными-химиками из университета Огайо (Ohio State University). Германан, как и графен, имеет толщину в один атом, только его кристаллическая решетка состоит не из атомов углерода, а атомов германия. Целый набор исключительных свойств нового материала делает его весьма перспективным кандидатом на замену кремния в полупроводниковых приборах будущего.
Исследователи и инженеры использовали германий для создания первых экспериментальных чипов более чем 60 лет назад, но позже этот материал уступил свои позиции кремнию, как более распространенному материалу, более простому в практическом применении. Однако, замечательные электрические и полупроводниковые свойства германия заставляют ученых вновь и вновь обращать свое внимание на этот материал. «Большинство людей считает графен самым перспективным материалом для электроники будущего» — рассказывает Джошуа Голдбергер (Joshua Goldberger), ученый-химик из университета Огайо, — «Но кремний и германий — это материалы настоящего, их свойства прекрасно изучены за прошедшие 60 лет. Остается только разработать новые формы этих материалов и новые технологии, что позволит и дальше использовать эти материалы в электронной промышленности, а не переходить на новые материалы, свойства которых еще изучены не до конца».
Получившийся одноатомный германий проводит электроны в десять раз быстрее, чем кремний, и в пять раз быстрее, чем обычный германий. Это означает, что проводник из такого германия, расположенный на кристалле чипа, сможет пропускать через себя больший электрический ток. Германий более химически устойчив нежели кремний, он не окисляется при контакте с воздухом или водой. Помимо этого, он лучше поглощает свет, что означает большую перспективу этого материала для использования в солнечных батареях.
Ученым хоть и удавалось ранее получить германан, но это были очень маленькие количества, явно недостаточные для использования такого материала в массовом производстве. И для того, чтобы получать германан в больших количествах Голдбергер и его команда разработали уникальный метод.
В обычных условиях германий имеет форму многослойных кристаллов. Слои, толщиной в один атом, соединяются друг с другом, да и каждый слой имеет весьма непостоянную структуру. Исследователям пришлось вырастить специальные кристаллы германия, между германиевыми слоями которых были расположены атомы кальция. Впоследствии кальций был растворен и удален с помощью воды, оставив пустые химические связи германия. Эти связи затем связались с атомами водорода, сделав структуру слоев германия намного стабильней и прочнее, что позволило отделить их неповрежденными от общего кристалла.
В настоящее время группа Голдбергера планирует проведение обширных исследований всех свойств полученного материала, германия одноатомной толщины. И только после этого можно будет начать думать об практическом применении германана в электронной промышленности.
Материалы о проведенных Голдбергером и его командой исследованиях и их результатах были опубликованы в последнем выпуске журнала ACS Nano.
