Нанополоски графена — основа будущих коммутаторов и солнечных батарей

Графен сам по себе является проводником, но в виде очень узких полос, выращиваемых методом молекулярной самосборки, приобретает полупроводящие свойства. Исследователи из швейцарского института Empa и германского Института исследований полимеров им. Макса Планка, разработали новый метод селективного легирования полос графена атомами азота.

Соединяя вместе «чистые» и легированные фрагменты графена на золотой поверхности (Au (111)), они смогли создать в нанополосках структуры, обладающие свойствами классического p-n-перехода. Пропуская ток только в одном направлении такие гетеропереходы являются основой для построения многих компонентов, используемых в полупроводниковой индустрии.

При участии коллег из Политехнического института Ренсселира (штат Нью-Йорк) швейцарские теоретики показали, что благодаря резкому переходу на интерфейсе, новая структура также позволяет эффективно разделять пары электрон-дырка при приложении внешнего электрического напряжения. Это имеет непосредственное значение для увеличения выхода энергии у солнечных батарей.

О гетеропереходах в сегментированных нанополосках графена ученые сообщили в недавнем выпуске Nature Nanotechnology.

В ходе этой работы авторы решили еще один вопрос, ключевой для интеграции графеновых технологий в обычную полупроводниковую индустрию. Находясь на металлической подложке, графеновые полоски не могут использоваться в электрических коммутаторах из-за риска коротких замыканий. Ученые смогли предложить относительно простую процедуру резки и очистки, которая обеспечивает перенос ненарушенных нанополос графена практически на любую основу, например, сапфир, фторид кальция или оксид кремния.

Несмотря на перспективность описанных выше технологий, их авторы не ожидают широкого проникновения графеновых нанополос в электронный сектор в ближайшем будущем из-за трудностей масштабирования и замещения традиционных компонентов. По их оценкам, до появления первого такого коммерческого коммутатора пройдет не менее 10-15 лет.

В еще одной статье, опубликованной сотрудниками лаборатории nanotech@surfaces института Empa в журнале Nature Communications, описывается возможное применение графеновых нанополосок в фотоэлектронике. Авторы установили, что в отличие от обычного графена, поглощающего свет одинаково на всех длинах волн, в нанополосках эту способность можно многократно избирательно увеличивать, контролируя с атомарной точностью их ширину. Благодаря этому их можно использовать, например, в качестве светопоглощающего слоя органических солнечных батарей.