Китайские и американские ученые разработали способ контролируемого складывания и разворачивания графеновых наноостровков. С помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа авторы зацепляли край островка и загибали его, образуя двухслойную структуру с закругленным сгибом, который по структуре и электронным свойствам напоминал нанотрубку. Исследование опубликовано в журнале Science.
Многие теоретические исследования предсказывают наличие необычных физических свойств сложных наноструктур из графена: способность переносить спин-поляризованный заряд, вызванные складыванием калибровочные поля, высокие значения постоянных электрических дипольных моментов, сильный магнитоэлектрический эффект и топологически защищенные сложенные состояния. По расчетам, электрические свойства должны сильно зависеть от конфигурации (относительного положения) атомов, поэтому очень важно научиться точно контролировать геометрические параметры разрабатываемых наноструктур.
Хуэй Чэнь (Hui Chen) и его коллегам из Китайской академии наук удалось с помощью сканирующего туннельного микроскопа без повреждений структуры сложить и снова развернуть графеновые наноостровки (так авторы назвали обрывки графенового листа, над которыми проводили манипуляции). Игла микроскопа зацепляла край графенового островка и направлялась с ним в заданном направлении так, что образовывалась двухслойная структура с закругленным краем, напоминающим нанотрубку. Обратный процесс разворачивания приводил к восстановлению исходного плоского островка. При этом даже множественное повторение цикла «складывание-разворачивание» не привело к дефектам структуры.
Изменяя направление движения иглы сканирующего туннельного микроскопа, исследователи скручивали один слой относительно другого без разрушения целостности графена вплоть до 60 градусов и контролировали этот угол с точностью до десятой градуса. Авторы могли точно контролировать хиральность и электронные свойства наноструктурных сгибов.
Оказалось, что изгиб не только по структуре напоминает нанотрубки, но и по электронным характеристикам, которые авторы оценивали по спектру дифференциальной проводимости.
По словам авторов, продемонстрированную технику оригами можно использовать и для создания более сложных графеновых наноструктур с заданными свойствами, которые могут пригодиться в создании устройств, использующих квантовые технологии.
Физики и раньше складывали графен, но механически, с помощью стеклянной пластинки толщиной в полнанометра. Деформируясь под воздействием внешних факторов (температуры, электричества и изменение рН), лист стекла складывал прикрепленный к нему графен. Однако гораздо чаще технику оригами применяют для создания наноструктур из ДНК и даже нанороботов для борьбы с раком.
Алина Кротова