Ученые из Школы инженерии Тандон при Нью-Йоркском университете обнаружили, что слои графена могут самостоятельно формировать структуры с особыми квантовыми свойствами. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Графен — материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, которые образуют двумерную кристаллическую решетку. Он привлекает внимание ученых своими уникальными свойствами: материал в 200 раз прочнее стали, при этом невероятно легкий и гибкий, а также прекрасно проводит электричество и тепло.
Квантовые свойства графена, такие как сверхпроводимость, проявляются при особой ориентации его слоев. Ранее для достижения такого состояния требовалось вручную скручивать и совмещать слои графена, что делало этот процесс слишком сложным и непригодным для масштабного производства. Однако в новой работе ученые обнаружили, что в трехслойном графене, выращенном на карбиде кремния (SiC), нужное состояние может формироваться спонтанно, без необходимости проведения сложных манипуляций.
Исследователи использовали атомно-силовую микроскопию, чтобы изучить процесс самосборки слоев. Они выяснили, что она происходит благодаря образованию структурных доменов — полосообразных зон шириной в десятки нанометров, которые могут простираться на несколько микрон. При этом ученые получили возможность управлять размером и расположением доменов путем предварительного формирования особого узора на подложке до роста графена.
Открытие приближает науку к реализации всего потенциала графена в электронике следующего поколения и квантовых устройствах, делая их производство более доступным и эффективным.