Сверхзвуковые фуллерены разломали до графена

Физики из Института фундаментальной и прикладной физики в Тренто (Италия) разработали новый способ получения моноатомных слоев углерода, напоминающих по своей структуре графен. Авторы предложили использовать в качестве основы молекулы фуллерена, сталкивающиеся на сверхзвуковых скоростях с поверхностью. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org, краткое его изложение приводит MIT Technology Review.

Авторы работы помещали пары фуллерена в атмосферу гелия и водорода, а затем позволяли газам расширяться со сверхзвуковой скоростью через специальное сопло. При этом сферические частицы приобретали большую кинетическую энергию, не нарушая свою изначальную структуру. Перед потоком частиц помещали монокристаллическую медную пластинку, в которую попадал пучок. Оказалось, что кинетической энергии частиц было достаточно для того, чтобы при столкновении фуллерен сплющивался, образуя фрагмент будущей пленки.

В отличии от привычного графена, состоящего из шестиугольных секций, напоминающих пчелиные соты, пленка полученная авторами содержала и пятиугольные секции — наследство структуры фуллерена. По своему строению C₆₀ похож на традиционный футбольный мяч, состоящий из шести- и пятиугольных секций. Некоторые из этих секций не разрушаются при столкновении — их и обнаруживают в пленке.

Попытки получения графена из фуллеренов предпринимались и раньше, но, как отмечают физики, в новой работе впервые удалось получить мономолекулярный слой графеноподобного материала. Одной из главных проблем была высокая температура, требуемая для раскрытия каркаса C₆₀. Она превышает 600^оC, при этом могут значительно меняться свойства подложки, на которую происходит нанесение, в частности, адсорбция углерода.

По словам авторов работы, наличие пятиугольных секций в материале должно привести к образованию в графене запрещенной зоны. Это сделает его полупроводником, что приведет к новым потенциальным применениям в микроэлектронике. Как указывают авторы, созданный в работе материал может дать некоторые подсказки относительно свойств другого необычного двумерного объекта — пентаграфена, предсказанного недавно теоретически.