Исследователи из США и Китая подтвердили предположение, сделанное в 2008 году, что микроскопические складки в графене создают локальные электрические заряды благодаря флексоэлектрическому эффекту — появлению напряжения при неравномерном изгибе. Открытие открывает перспективы для разработки датчиков нового поколения и сверхтонкой электроники.
В 2008 году физик Венсан Менье предположил, что при сильном изгибе графена электроны перераспределяются и создают разность потенциалов. Его расчеты были убедительными, но экспериментальная проверка была невозможна: измерить напряжение на складке толщиной в несколько атомов тогда не представлялось возможным.
Спустя годы ученые из Университета Райса, анализируя старые данные, заметили странные электрические сигналы, возникающие в самых острых складках образцов. В сотрудничестве с командой Менье они использовали микроскопическое зондирование, лазерную рамановскую спектроскопию и компьютерное моделирование. Сравнивая сильно изогнутые участки с плоским графеном, они смогли выделить эффект, вызванный исключительно изгибом.
Оказалось, что острые наноскладки графена действуют как микроскопические «лежачие полицейские» для электронов. Они изменяют локальную электрическую энергию и создают устойчивый ток при напряжении около одного вольта. Ключевым параметром является не высота складки, а ее острота (радиус кривизны).
Из-за экстремальной кривизны на наномасштабе поляризация зарядов оказалась в 100 000–10 миллионов раз сильнее, чем в традиционных флексоэлектрических материалах, сообщает IE
Теперь, вместо добавления химических примесей, можно управлять электроникой графена через его структуру, создавая нужные складки при выращивании или деформации. Это открывает путь к созданию сверхчувствительных датчиков и ультратонкой электроники, где каждый изгиб может выполнять функцию транзистора или диода без использования дополнительных материалов.
Следующий шаг — разработка технологий для контролируемого создания наноструктур с заданной кривизной. Это позволит создавать гибкие дисплеи, наногенераторы энергии, работающие от вибраций, и другие устройства.
Еще одна разновидность графена — ромбоэдрический графен — обладает уникальными электронными свойствами и может стать основой для квантовых компьютеров. Ранее его получение было практически невозможно, но недавно китайские ученые разработали метод контролируемого выращивания ромбоэдрического графена с чистотой более 99% и размером до 160×80 микрометров.