Графен, фуллерены и наноматериалы

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
Alex Barri
Сообщения: 983
Зарегистрирован: Пт дек 12, 2008 15:07

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#46   Alex Barri » Чт сен 13, 2012 22:11

Все таки, какой интересный ресурс:

http://science.compulenta.ru/707707/
У графена обнаружен необычный дробный квантовый эффект Холла
А вот перепонка http://www.membrana.ru/ похоже умерла, к сожалению...

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#47   morozov » Чт сен 13, 2012 22:25

Ну перепонку не жаль. Ее отцы основатели, вернее братья... были замечены пристрастии к сенсациям и фричеству..
Alex Barri писал(а):Все таки, какой интересный ресурс
Конечно...ребят понимают, что сейчас в этих ящиках напихано нобелевских премий как нигде.
И просто интересно...опять же читатели и физики, и программисты из физиков, и просто не глупые люди.
Alex Barri писал(а):графена обнаружен необычный дробный квантовый эффект Холла
При Сталине за такое могли расстрелять... Это же "лженаука о резонансах"!
Очень похоже на то, что радиусы электронов Ландау должны вписываться в "бензольные кольца".
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Alex Barri
Сообщения: 983
Зарегистрирован: Пт дек 12, 2008 15:07

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#48   Alex Barri » Чт сен 13, 2012 22:31

Ну почему, в перепонке можно было многое найти интересного из просто техники, они все таки стремились давать какой то ликбез так в общем и обо всем. Информации море, а так смотришь, иногда за что то можно и зацепиться. К сожалению, в РФ мало хороших НТ ресурсов. Пожалуй одна компьюлента. Пытался правда журнал "Ломоносов" претендовать на лавры Scientific American, приятно было читать. Но к сожалению тоже сдох, и даже нельзя найти его архивы...

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#49   morozov » Пн сен 24, 2012 19:50

Непрерывный синтез углеродных нанотрубок

Разработка прикладных направлений, основанных на использовании углеродных нанотрубок (УНТ), зависит от степени развития методов получения УНТ в больших количествах. В связи с этой потребностью усилия многих лабораторий направлены на создание относительно недорогих и возможно более эффективных методов синтеза УНТ, которые могут стать основой современной технологии их производства. Определенных успехов в этом направлении добились недавно сотрудники Korea Institute of Industrial Technology, которым на основе метода химического осаждения из пара (CVD) удалось разработать процесс непрерывного производства УНТ, не требующий периодической замены отработанного катализатора.

В качестве подложки использовались кремниевые пластины, покрытые легирующим слоем SiO2 толщиной 300 нм. Катализатором служил слой железа толщиной 20 нм, нанесенный на подложку методом электроразрядного напыления. С целью преобразования пленки Fe в наночастицы, способствующие синтезу УНТ, подложка в течение 2 мин подвергали плазменной термообработке. УНТ синтезировали методом CVD в разряде атмосферного давления. В качестве рабочего газа использовали смесь Не + C2Н2, которую активировали с помощью ВЧ напряжения на частоте 13.56 МГц при мощности 40 Вт и подавали в реакционную камеру через плазменное сопло. Температуру подложки в процессе синтеза УНТ поддерживали на уровне 780оС.

Исследования, выполненные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), атомного силового микроскопа (AFM) и просвечивающего электронного микроскопа (TEM), показали, что скорость роста УНТ составляет 90 мкм/мин. Столь высокая скорость роста объясняется эффективной диссоциацией ацетилена в разряде атмосферного давления. Максимальная высота синтезированных УНТ составила 750 мкм. Плотность наночастиц катализатора на поверхности подложки равна, согласно наблюдениям, 6.6х1011 см-2. Характерный размер частиц составил 20 нм, что примерно соответствует диаметру синтезируемых нанотрубок. По мере роста УНТ механически удаляли с подложки, после чего рост продолжался без замены катализатора. Однако, после каждого такого удаления поверхностная плотность частиц катализатора снижалась. Так, после первой стадии роста плотность частиц снизилась до 1.7х1010 см-2, а скорость роста УНТ уменьшилась примерно на 25%. После второй стадии плотность частиц снизилась до 7х108 см-2. Снижение плотности УНТ сопровождалось уменьшением их высоты. Так, высота нанотрубок, выращенных на третьей стадии роста при плотности частиц катализатора 7х108 см-2, не достигает 30 мкм. Результаты выполненного исследования указывают на возможность непрерывного синтеза вертикально ориентированных УНТ различной высоты без замены катализатора. При этом длительность использования катализатора зависит от первоначальной толщины слоя металла, и в случае использования более толстых пленок катализатора может быть существенно увеличена.

А.Елецкий

1. S.S.Shin et al., Jap. J. Appl. Phys. 48, 06FF09 (2009).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#50   morozov » Сб сен 29, 2012 10:56

Новые свойства пористого графена

Высокая популярность графена или, по-другому, моноатомного графитового слоя обусловлена не только его необычными физико-химическими свойствами, но и перспективами практического применения. Многие исследователи сходятся во мнении, что графен может сыграть ключевую роль в элегантном решении многих прикладных задач. Сегодня, среди наиболее смелых предложений можно услышать о постепенной замене кремния в элементах наноэлектроники, а также активном использовании графена в энергетике в качестве водородозапасающего материала. Более того, графен является “прародителем” не менее интересных и многообещающих наноматериалов, таких как графан [1] и, так называемый, пористый графен (PG). Пористый графен представляет собой двумерную структуру, образованную фенильными кольцами (рис. 1). Постоянная решетки такой такой двумерной системы составляет около 7.5 Å. Несомненно, наличие полостей в графене существенно повлияет на его характеристики. Однако в некоторых приложениях использование модифицированного графена наверняка будет более предпочтительным. Собственно моделированию свойств PG и посвящена работа [2]. Авторы выполнили ряд ab initio расчетов, в том числе с помощью довольно популярного программного пакета VASP, и показали что “пористость” графена приводит к образованию у последнего запрещенной зоны (напомним, что в зонной структуре обыкновенного графена запрещенная зона отсутствует).

Изображение
Рис. 1. Общий вид пористого графена (зеленые шары соответствуют атомам углерода, белые шары – атомам водорода).
Изображение
Рис. 2. Молекулы водорода адсорбированные на поверхности пористого графена (вид сверху): шесть молекул водорода, адсорбированных на поверхности пористого графена, допированного двумя атомами лития (а), двенадцать молекул водорода, адсорбированных на поверхности пористого графена, допированного четырьмя атомами лития (б). Зеленые шары – атомы углерода, белые шары – атомам водорода, синие шары – атомам лития и желтые шары соответствуют физически адсорбированным молекулам водорода.

Исходя из результатов расчета, ее ширина составила 3.2 эВ, что вполне сопоставимо, например, с шириной запрещенной зоны диоксида титана, находящего широкое применение в фотокатализе. Авторы предполагают, что кроме приложений наноэлектроники пористый графен мог бы стать прекрасным кандидатом для решения актуальной проблемы поиска фотокаталитических систем на основе широкозонных полупроводников. Еще одним не менее важным результатом стало то, что Li-PG способен запасать гораздо больше молекулярного водорода, чем допированный литием традиционный графен. Содержание водорода в таком соединении, по прогнозам авторов, составит до двенадцати массовых процентов (рис. 2).

Будем надеяться, что представленные результаты окажутся полезными для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований пористого графена, тем более что его непосредственный синтез уже успешно осуществлен [3].

М. Маслов

1. ПерсТ 16, вып. 4, с. 8 (2009).

2. A.Du et al., J. Am. Chem. Soc. 132, 2876 (2010).

3. M.Bieri et al., Chem. Commun. No. 45,6919 (2009).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Юрий381
Сообщения: 341
Зарегистрирован: Пт авг 17, 2012 9:37

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#51   Юрий381 » Пн окт 01, 2012 17:04

а насколько пременим этот VASP к графену, ведь у него эффективная эл.дин. константа связи имеет довольно большое значние, затрудняющее применение приближенных методов (например теории возмущений)?
и еще: существуют ли бесплатные пакеты типа VASP для моделирования графена?

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#52   morozov » Пн окт 01, 2012 17:32

Насчет VASP я не в курсе. Но метод возмущений действительно не должен работать... хотя если есть малый параметр... впрочем и это не спасет. Всегда последовательные приближения могут пойти в разнос.
Как-то встретил в метро знакомого и показал ему статью по его теме... он глянул и сказал презрительно: "Считают готовыми программами..."
Юрий381 писал(а):существуют ли бесплатные пакеты типа VASP для моделирования графена?
Возможно... пока этим не занимаешься кажется, что все просто... вот и я думаю, что про углеродные связи известно почти все. Можно просто "собрать" графен из кусочков, как детский конструктор.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Юрий381
Сообщения: 341
Зарегистрирован: Пт авг 17, 2012 9:37

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#53   Юрий381 » Вт окт 02, 2012 10:46

morozov писал(а):...он глянул и сказал презрительно: "Считают готовыми программами..." ... Можно просто "собрать" графен из кусочков, как детский конструктор.
я скорее соглашусь с вашим знакомым: программ которые могут хотябы чтото смоделировать в графене можно по пальцам песчитать, а вот чтобы все в коплексе - думаю вообще нету. ну хотябы тот же парадокс клейна смоделировать - ничего не выйдет, эксперимент тут идет впереди теории, а програмки только моделируют то что в них вложили и почти ничего не предсказывают. возможно я ошибаюсь - но тогда, как понимать что только совсем недавно методом квантового монте-карло показали неприменимость большинства приближенных методов? и как я понял, нет единого програмного пакета "квантовый монте-карло" который бы позволял расчитать что угодно с любой точностью - есть просто отдельные библиотеки "сделай сам" - там все нужно допиливать. я както, чуть было не взялся за моделирование этим методом карбина, но быстро понял что эта задача не для одного человека и не на один месяц...

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#54   morozov » Вт окт 02, 2012 12:49

Мой скромный опыт говорит. Что готовых решений в природе не бывает.
Мои знакомые занималась моделированием Эмери....
http://journals.ioffe.ru/ftt/1992/08/p2522-2528.pdf
Я так понял ситуацию тут с теория не сильно помогает, а расчеты небольших кластеров продвинули ситуацию.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#55   morozov » Пт окт 05, 2012 0:08

Изображение
Рис. 2. Теперь графен можно не только рассматривать
в микроскоп, но и подержать в руках.

Изображение
Рис. 3. Сенсорный экран из графена.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#56   morozov » Вт окт 09, 2012 0:10

Высокочастотные транзисторы из графена на алмазоподобном углероде

Один из путей улучшения характеристик ВЧ транзисторов заключается в использовании материалов с как можно более высокой подвижностью носителей заряда. К таковым, в частности, относится графен – гексагональный монослой из атомов углерода. Сейчас в лабораторных условиях из графена уже изготовлены транзисторы с предельной частотой fT » 300 ГГц. При этом графен механически отслаивали от графита. Но для промышленного производства требуются, конечно, другие технологии. Одна из них предложена в работе [1] сотрудников IBM. Сначала они осаждали графен из паровой фазы на металлическую (медную) подложку, а затем переносили на диэлектрическую подложку из алмазоподобного углерода (см. рис.).

Изображение
Схематическое изображение
высокочастотного транзистора из графена.


При уменьшении длины затвора L до 40 нм величина fT достигла 155 ГГц. И это еще не предел (fT ~ 1/L). Существенно, что fT почти не изменяется при охлаждении от 300 К до 4.2 К. Это важно для использования ВЧ транзисторов на космических аппаратах. Для дальнейшего совершенствования таких транзисторов требуется уменьшить контактное сопротивление между электродами и каналом (сейчас оно на порядок больше, чем в кремниевых MOSFET′ах).

1. Y.Wu et al., Nature 472, 74 (2011).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#57   morozov » Пн окт 29, 2012 0:32

Туннельный полевой транзистор из
графеновой гетероструктуры

Из-за отсутствия в графене запрещенной энергетической зоны отношение токов Ion/Ioff в открытом и закрытом состояниях транзисторов на основе графена очень мало и не превышает 10 при комнатной температуре. Этого достаточно для высокочастотных устройств и аналоговой электроники, но для цифровых (логических) интегральных схем такие транзисторы не годятся. Чтобы индуцировать в графене диэлектрическую щель, предлагалось использовать двухслойный графен, графеновые наноленты, различные химические модификации графена и пр. Однако особых успехов на этом пути достигнуто не было, поскольку ширина запрещенной зоны получалась слишком малой. В очередной работе группы Новоселова-Гейма [1] предложен альтернативный вариант графенового полевого транзистора, работа которого основана на квантовом туннелировании электронов из графенового электрода через тонкий (~ 1 нм) слой гексагонального нитрида бора hBN (рис. 1А). Специфический линейный закон дисперсии электронов в графене (рис. 1В) приводит к тому, что плотность электронных состояний вблизи дираковской точки оказывается очень низкой, и поэтому при подаче на затвор напряжения Vg (рис. 1С), энергия Ферми в графеновом электроде GrB увеличивается гораздо быстрее, чем в обычном двумерном электронном газе с квадратичной дисперсией.

Изображение Изображение

Рис. 1. (А) Схематическое изображение полевого транзистора
с графеновыми электродами и затвором из гексагонального нитрида бора.
Изображение
(B-D) Зонная структура в отсутствие напряжения на затворе;
при конечном напряжении на затворе и нулевом напряжении смещения;
при конечных значениях напряжения на затворе и напряжения смещения.



Туннельный ток, возникающий при конечном напряжении смещения Vb между графеновыми электродами GrB и GrT (рис. 1D), демонстрирует типичную для обычных полевых транзисторов зависимость от Vb (рис. 2).

Рис. 2. Туннельные ВАХ гетероструктуры графен/hBN с туннельным барьером hBN толщиной 6±1 атомных слоев. Напряжение на затворе Vg изменяется с шагом 10 В. На вставке – сравнение экспериментальной (красная кривая) и теоретической (зеленая кривая) ВАХ при Vg = 5 В.

Следует отметить, что использование графена в качестве наружного электрода GrT обусловлено только удобством эксперимента, и в дальнейшем этот электрод может быть заменен на металлический. При
Т = 300 К отношение Ion/Ioff составляет около 50 и практически не изменяется после охлаждения до температуры жидкого гелия, что объясняется большой (намного превышающей тепловую энергию) высотой туннельного барьера D » 1.5 эВ, обусловленного наличием слоя hBN. Один из возможных путей дальнейшего увеличения Ion/Ioff заключается в замене hBN на диэлектрик с чуть более узкой запрещенной зоной. Так, для транзисторов из графена с барьером MoS2 (D » 1.3 эВ) в [1] получено
Ion/Ioff » 104 при комнатной температуре. Этого уже вполне достаточно для транзисторов в логических схемах. Однако следует напомнить, что в современных кремниевых полевых транзисторах отношение Ion/Ioff превосходит 107. Кроме того, в предлагаемой конструкции огромные величины сопротивления между слоями графена и емкости между ними обусловливают исключительно большое RC-время задержки. Помимо этого, для логических элементов требуется создание аналога КМОП пар в кремниевой технологии.

1. L.Britnell et al., Science 335, 947 (2012).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Юрий381
Сообщения: 341
Зарегистрирован: Пт авг 17, 2012 9:37

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#58   Юрий381 » Вт окт 30, 2012 15:35

все никак непойму такой парадокс:
вроде как конусы дирака существуют только в однослойном графене, поскольку они и возникают изза соприкосновения запрещенной зоны с зоной проводимости. а тут предлагают использовать все прелести конусов дирака (иначе тогда зачем графен нужен, если убрать эти конусы?) но при этом уже с открытой запрещенной щелью?
и еще непонятен вывод конуса дирака как следствие гексагональной решетки состоящей из двух подрешеток - какбы получается что эта линейная дисперсия квазичастиц должна быть в любых подобных материалах, или я чтото путаю?

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32827
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#59   morozov » Вт окт 30, 2012 19:54

Помнится конусы рисуют и в металле (сам рисовал). Не такая это экзотика. Может срисуете что-то оттуда? Или найдете забавным эти картинки... литературу не даю... где-то в связи со сверхпроводимостью.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Юрий381
Сообщения: 341
Зарегистрирован: Пт авг 17, 2012 9:37

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#60   Юрий381 » Ср окт 31, 2012 12:02

morozov писал(а):Помнится конусы рисуют и в металле (сам рисовал). Не такая это экзотика. Может срисуете что-то оттуда? Или найдете забавным эти картинки... литературу не даю... где-то в связи со сверхпроводимостью.
переформулирую вопрос: за что дали нобеля по графену тогда как за графит не дали, не за конусы ли дирака?

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»