Ученые раскрыли механизм превращения двумерного алмаза в графен

Ученые раскрыли механизм превращения двумерного алмаза в графен

Исследователи Национального исследовательского ядерного университета МИФИ впервые детально описали механизм термической деградации диамана уникального материала, который называют двумерным алмазом. Результаты работы опубликованы в ведущем научном журнале и открывают новые горизонты для углеродной наноэлектроники.

Что такое диаман?

Это структура из двух слоев графена, сшитых прочными алмазными связями. Благодаря этому диаман сочетает выдающуюся твердость и свойства широкозонного диэлектрика, что делает его идеальным кандидатом для создания ультратонких электронных устройств.

Что происходит при нагреве?

С помощью сложного компьютерного моделирования ученые установили точный сценарий разрушения материала:

1 Все начинается с отрыва одного атома водорода от поверхности (на это требуется 2,59 эВ энергия, подтверждающая высокую термостабильность диамана).

2 Далее возникает эффект домино: вакансия создает напряжение, которое провоцирует отрыв соседнего атома водорода с противоположной стороны, формируя дивакансию.

3 После этого запускается цепная реакция обезвоживания. Область разрушения разрастается, алмазные связи между слоями рвутся, и материал превращается в диэлектрический биграфен.

Почему это важно?

Авторы работы доказали, что в одном материале могут сосуществовать зоны диамана (диэлектрик) и биграфена (проводник). Более того, для сохранения алмазных свойств достаточно островка всего из 8 атомов водорода диаметром около 0,3 нанометра.

Такие наноразмерные домены могут работать как квантовые точки, а частично дегидрированный диаман станет основой для полностью углеродной 2D-электроники нового поколения. Это путь к устройствам, которые будут быстрее, тоньше и эффективнее современных кремниевых чипов.