Исследователи продемонстрировали размер квантования Дираковских фермионов в графене

Международная группа физиков опубликовала данные совместного теоретического и экспериментального исследования проводимости графена на квантовых масштабах. Ученым удалось определить размер области квантования так называемых Дираковских фермионов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Электроны могут перемещаться в графене со скоростью почти в 100 раз большей, чем в кремнии. Такое свойство делает графен весьма перспективным материалом для сверхпроизводительной электроники будущего. Однако электроны, являющиеся носителями тока в графене, формируют специфические структуры, называемые фермионами Дирака. Эти структуры нарушают электронные свойства материала, что затрудняет его перспективное использование в наноэлектронике.

Для изучения квантовых свойств графена ученые воспользовались жидким гелием, чтобы снизить температуру исследуемых образцов и исключить влияние тепловых движений атомов на измерения. Ранее изучить размеры квантования носителей зарядов мешал именно тепловой шум. Также новым в эксперименте был способ повысить точность, изолировав графен между слоями нитрида бора. В результате исследователи впервые обнаружили квантование тока и проводимости в графене. То есть из-за небольшого числа заряженных частиц, которые могут одновременно проходить через узкий проводящий канал, ток в системе становится дискретным, а его значение — кратным кванту проводимости. Также ученым наконец удалось определить размер наноструктур, на котором начинают проявляться квантовые свойства.

Графен — это двумерная форма углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной один атом и имеющая гексагональную двумерную кристаллическую решетку. По оценкам, графен обладает большой механической жесткостью и рекордно большой теплопроводностью. Обнаруженные свойства графена открывают новые возможности для создания сверхпроизводительных наноэлектронных устройств в будущем.