Графен, форма углерода, имеющая кристаллическую решетку, толщиной в один атом, уже давно рассматривается в качестве перспективного материала для электроники будущего, для эффективных солнечных батарей, защитных покрытий и множества других областей применения. Однако, исследователи из Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC продемонстрировали, что объединение графена с некоторыми достаточно распространенными материалами позволяет придать этим материалам новые уникальные свойства, что также можно использовать в своих целях.
Графен и полупроводникВ ходе экспериментов ученые из лаборатории SLAC изучали свойства некоторых полимерных полупроводниковых материалов, пленка из которых была нанесена на поверхность графеновой пленки. Согласно полученным данным, пленка из полупроводникового материала poly(3-hexylthiophene) P3HT, помещенная поверх графена, обрела способность транспортировать носители электрического заряда гораздо лучше, нежели она была бы расположена на поверхности кремниевой подложки.
«Мы впервые провели измерения параметров процесса переноса электрических зарядов в этих материалах в вертикальном направлении — в направлении, в котором перемещаются заряды в органических фотогальванических устройствах, таких, как солнечные батареи и органические светодиоды» — рассказывает Дэвид Барберо (David Barbero), глава международной группы ученых, которая проводила свои исследования на установке SLAC Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), — «И мы получили вполне ожидаемые результаты, которые соответствуют разнице в оптических и электрических свойствах у графена и кремния».
Но, в ходе экспериментов ученым удалось обнаружить и весьма неожиданное поведение нового материала. Ранее считалось, что электроны передвигаются быстрее и эффективней по более тонким пленочным материалам, нежели по материалам большей толщины. Однако, группе Барберо удалось зарегистрировать, что пленка полимерного полупроводникового материала P3HT, толщиной в 50 нанометров, депонированного на слое графена, обладает в 50 раз лучшей электрической проводимостью, нежели пленка из того же материала, толщиной в 10 нанометров.
Ученые пришли к заключению, что структура толстой пленки, состоящей из «мозаики» кристаллитов, ориентированных под различными углами, под воздействием графена приобрела упорядоченную форму и превратилась в «тропу» из связанных кристаллов, ориентированных в одном направлении, параллельно слою графена. Такая структура позволяет носителям заряда перемещаться более легче, чем это происходит в самой тонкой пленке.
Используя особенности электрических характеристик новых материалов, являющихся комбинацией графена и пленочных полупроводников, можно получить возможность проектирования нового класса органических электронных устройств, отличающихся высоким быстродействием и низким уровнем потребления энергии. «Первыми областями, которые смогут извлечь немалую выгоду из нашего открытия, станут области производства фотогальванических устройств следующего поколения и гибких электронных устройств» — рассказывает Барберо, — «Но, за счет того, что и графен и полупроводники являются тонкими, легкими и гибкими, у такой электроники имеется практически ничем неограниченные области применения».
