Физики обнаружили, что крошечные складки превращают графен в подобие микроскопической батареи
Учёные из США и Великобритании обнаружили, что микроскопические складки в графене способны радикально менять его электрические свойства. Одноатомный слой углерода при изгибе приобретает выраженную электрическую поляризацию, фактически создавая области с противоположными зарядами.
Учёные исследовали явление, известное как флексоэлектричество, при котором деформация материала приводит к возникновению электрического заряда. Для графена существование такого квантового эффекта ранее предсказывалось теоретически, однако прямых экспериментальных свидетельств было немного.
Исследователи из Университета Райса и британских научных учреждений изучили естественные наноскладки в графене размером менее одного нанометра. С помощью атомно-силовой микроскопии они одновременно исследовали форму складок, локальную электрическую энергию и возникающий электрический ток.
Полученные результаты сравнили с характеристиками плоского графена и с компьютерными моделями, описывающими поведение электронов. Оказалось, что даже настолько небольшая деформация заметно меняет движение электронов в материале. В области складки электроны немного смещаются в одну сторону, создавая разделение зарядов, подобное работе крошечной батареи.
Электрическая поляризация в наноскладках оказалась до 10 миллионов раз сильнее, чем в значительно более крупных флексоэлектрических системах. При этом решающим фактором оказался не общий размер складки, а степень её изгиба: чем острее складка, тем сильнее изменяется электрическое поведение графена.
По словам исследователей, это открывает возможность управлять электрическими свойствами одноатомных материалов не за счёт добавления химических примесей или других материалов, а исключительно изменяя их геометрию на нанометровом уровне.
Такой подход может найти применение в сверхминиатюрных электронных устройствах и датчиках, где физическая форма материала будет использоваться для управления электрическим током. Однако пока результаты требуют дополнительного подтверждения: из-за чрезвычайно малых размеров складок исследователям пришлось сочетать прямые измерения с расчётными моделями.
Открытие также создаёт экспериментальную платформу для дальнейшего изучения флексоэлектричества на квантовом уровне. Возможность наблюдать этот эффект непосредственно в графене особенно важна потому, что существование подобного поведения в изогнутом графене теоретически предсказывалось около 20 лет назад.
Исследование в журнале Advanced Materials.