Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 11

Илья ЗВЕРЕВ

В учебниках традиционно указывается, что углерод в природе имеет три формы — уголь, графит и алмазы. Но учебники не поспевают за научными открытиями.

Слово «графен» впервые прозвучало только в XXI веке. Так называется еще одна, четвертая, форма углерода. Точнее, графен ( graphene , С 62Н 20) — это получаемая из графита углеродная стружка, точнее, пленка толщиной всего в один атом.

Этот материал был открыт в 2001 году совместными усилиями физиков из Манчестерского университета (Великобритания) под руководством Андре Гейма и российского Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов в Черноголовке под руководством Константина Новоселова. Получают его, механически срезая верхний слой графитового блока и разделяя его на атомарные монослои с помощью лазера.

Так выглядит графеновый транзистор при сильном увеличении.

Три традиционные формы углерода — алмаз, уголь, графит.

Профессор Андре Гейм надеется, что этот материал сулит подлинную революцию в нанотехнологии: он достаточно прочен, гибок и стабилен. Кроме того, графен хорошо проводит ток, и это позволяет делать из него микропроводники.

Первые сообщения профессора о том, что ему удалось получить графитовую пленку толщиной в один атом, были встречены весьма сдержанно, многие коллеги отнеслись к работе профессора с откровенным недоверием.

Однако благодаря поддержке ученых из других стран, в частности из России, период недоверия позади. Ученые со всего мира наведываются в лабораторию профессора, чтобы на месте понять, как именно делаются графитовые пленки. Ведь они открывают путь к новой молекулярной электронике — сверхбыстрым транзисторам, суперкомпактным переключателям.

Физикам из Манчестерского университета в 2004 году удалось изготовить первый графеновый транзистор толщиной всего в один и шириной менее полусотни атомов. Он работает, используя принцип «кулоновской блокады». Помещенный в узком (меньше 10 нм) проходе, электрон действует как своеобразная пробка, преграждая путь другим электронам. В результате получается очень быстрый переключатель, управляемый небольшим напряжением.

Любопытно, что, по теории, идеально плоские двухмерные кристаллы стабильными быть не должны. Удары окружающих молекул газа их как бы «расплавляют». Но оказалось, что подвешенные на металлической сетке листы графена плоскими не остаются, а покрываются своего рода ребрами жесткости — «гофрами» высотой около 1 нм и длиной порядка 25 нм. Такое «гофрирование» делает материал устойчивым к внешним воздействиям.

Графеновые транзисторы стабильно работают при комнатной температуре, в то время как полученные ранее кремниевые транзисторы, использующие принцип «кулоновской блокады», требуют охлаждения почти до температуры абсолютного нуля. Так что новые элементы обещают прийти на смену кремниевой электронике, когда она исчерпает свои возможности. Тем более что графеновые транзисторы изготавливают с помощью обычной электронно-лучевой литографии.

НА ПУТИ К НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ

Ученые из Манчестера и Черноголовки полагают, что для проверки положений теории относительности не нужны дорогостоящие ускорители элементарных частиц или космические телескопы, следящие за удаленными галактиками. Может хватить небольшого кусочка графита, сообщает авторитетный журнал Nature .

Российские, британские и голландские физики утверждают, что электрические заряды в графене ведут себя как релятивистские частицы с нулевой массой покоя. Эти частицы, известные как безмассовые фермионы Дирака, предсказаны теорией относительности Эйнштейна и описаны уравнением Дирака. Кроме того, в работе говорится и о ряде новых релятивистских эффектов, полученных при экспериментах с графеном. В частности, безмассовые фермионы Дирака в магнитном поле приобретают динамическую массу, описываемую с помощью известного уравнения Е = mc 2, точно так же, как приобретают ее не имеющие массы фотоны под действием силы тяготения Солнца.

Один из авторов исследования, Константин Новоселов, заметил: «Целочисленный и дробный квантовый эффект Холла — два замечательных открытия конца XX века. Их значение не так легко объяснить «на пальцах», но оба они были удостоены Нобелевской премии. Возможно, кто-то оценит важность проделанной нами работы, если я скажу, что одно из новых явлений, которые нам удалось наблюдать, можно охарактеризовать как релятивистский эффект Холла».

Это позволяет надеяться, что проведенные исследования послужат основой для присуждения еще одной Нобелевской премии.

Загадка легендарного Тунгусского метеорита не дает покоя ученым во всем мире вот уже 99 лет.

Сейчас известно, наверное, не менее сотни гипотез, объясняющих феномен 30 июня 1908 года, когда небо над сибирской тайгой в районе реки Подкаменная Тунгуска прочертил огненный след — и последовал мощнейший взрыв, ударная волна от которого дважды обогнула земной шар.

На месте взрыва, как ни странно, до сих не найдено ни одной частицы иноземного вещества. Все усилия ученых, начиная с экспедиции первого исследователя феномена Леонида Кулика, оказались тщетны. Был обнаружен лишь поваленный лес на площади более 2000 кв. км. Однако ни кратеров, ни иных явных следов падения болида найти не удалось.

Этот факт дал основания для самых фантастических предположений. Писатель-фантаст Александр Казанцев, например, в свое время выдвинул гипотезу, что над Тунгуской взорвался инопланетный космический корабль с ядерным двигателем. И, дескать, именно поэтому — из-за радиации — участники многочисленных последующих экспедиций стали фиксировать в предполагаемом районе падения бурный рост растений и мутации животных.

Однако большинство исследователей все же сошлись на мысли, что тунгусский феномен — природного происхождения. А кратера не осталось потому, что болид, к примеру, мог представлять собой ледяное ядро кометы, которая без следа испарилась при взрыве.